质因数分解及算法实现
来源:互联网 发布:网络歌手小右照片 编辑:程序博客网 时间:2024/06/02 12:37
每个合数都可以写成几个质数相乘的形式,这几个质数就都叫做这个合数的质因数。如果一个质数是某个数的因数,那么就说这个质数是这个数的质因数。而这个因数一定是一个质数。
定义
质因数(或质因子)在数论里是指能整除给定正整数的质数。两个没有共同质因子的正整数称为互质。因为1没有质因子,1与任何正整数(包括1本身)都是互质。正整数的因数分解可将正整数表示为一连串的质因子相乘,质因子如重复可以指数表示。根据算术基本定理,任何正整数皆有独一无二的质因子分解式。只有一个质因子的正整数为质数。
例子
例子
- 1没有质因子。
- 5只有1个质因子,5本身。(5是质数。)
- 6的质因子是2和3。(6 = 2 × 3)
- 2、4、8、16等只有1个质因子:2(2是质数,4 = 2,8 = 2,如此类推。)
- 10有2个质因子:2和5。(10 = 2 × 5)
就是一个数的约数,并且是质数,比如8=2×2×2,2就是8的质因数。12=2×2×3,2和3就是12的质因数。把一个式子以12=2×2×3的形式表示,叫做分解质因数。16=2×2×2×2,2就是16的质因数,把一个合数写成几个质数相乘的形式表示,这也是分解质因数。[1]
分解质因数的方法是先用一个合数的最小质因数去除这个合数,得出的数若是一个质数,就写成这个合数相乘形式;若是一个合数就继续按原来的方法,直至最后是一个质数 。
分解质因数的有两种表示方法,除了大家最常用知道的“短除分解法”之外,还有一种方法就是“塔形分解法”。
分解质因数对解决一些自然数和乘积的问题有很大的帮助,同时又为求最大公约数和最小公倍数做了重要的铺垫。
计算方法
短除法
求一个数分解质因数,要从最小的质数除起,一直除到结果为质数为止。分解质因数的算式的叫短除法,和除法的性质差不多,还可以用来求多个个数的公因式:
求最大公因数的一种方法,也可用来求最小公倍数。
求几个数最大公因数的方法,开始时用观察比较的方法,即:先把每个数的因数找出来,然后再找出公因数,最后在公因数中找出最大公因数。
例如:求12与18的最大公因数。
12的因数有:1、2、3、4、6、12。
18的因数有:1、2、3、6、9、18。
12与18的公因数有:1、2、3、6。
12与18的最大公因数是6。
这种方法对求两个以上数的最大公因数,特别是数目较大的数,显然是不方便的。于是又采用了给每个数分别分解质因数的方法。
12=2×2×3
18=2×3×3
12与18都可以分成几种形式不同的乘积,但分成质因数连乘积就只有以上一种,而且不能再分解了。所分出的质因数无疑都能整除原数,因此这些质因数也都是原数的约数。从分解的结果看,12与18都有公约数2和3,而它们的乘积2×3=6,就是 12与18的最大公约数。
采用分解质因数的方法,也是采用短除的形式,只不过是分别短除,然后再找公约数和最大公约数。如果把这两个数合在一起短除,则更容易找出公约数和最大公约数。
从短除中不难看出,12与18都有公约数2和3,它们的乘积2×3=6就是12与18的最大公约数。与前边分别分解质因数相比较,可以发现:不仅结果相同,而且短除法竖式左边就是这两个数的公共质因数,而两个数的最大公约数,就是这两个数的公共质因数的连乘积。
实际应用中,是把需要计算的两个或多个数放置在一起,进行短除。
在计算多个数的最小公倍数时,对其中任意两个数存在的约数都要算出,其它无此约数的数则原样落下。最后把所有约数和最终剩下无法约分的数连乘即得到最小公倍数。
只含有1个质因数的数一定是亏数。
(短除法详解:
短除符号就是除号倒过来。短除就是在除法中写除数的地方写两个数共有的质因数,然后落下两个数被公有质因数整除的商,之后再除,以此类推,直到结果互质为止(两个数互质)。
而在用短除计算多个数时,对其中任意两个数存在的因数都要算出,其它没有这个因数的数则原样落下。直到剩下每两个都是互质关系。
求最大公因数遍乘一边,求最小公倍数遍乘一圈。
(公约数:亦称“公因数”。是几个整数同时均能整除的整数。如果一个整数同时是几个整数的约数,称这个整数为它们的“公约数”;公约数中最大的称为最大公约数。)
在用短除计算多个数时,对其中任意两个数存在的因数都要算出,其它没有这个因数的数则原样落下。直到剩下每两个都是互质关系。求最大公约数遍乘左边所有数公共的因数,求最小公倍数遍乘一圈。这种方法对求两个以上数的最大公因数,特别是数目较大的数,显然是不方便的。于是又采用了给每个数分别分解质因数的方法
)
Pollard Rho因数分解
1975年,John M. Pollard提出了第二种因数分解的方法,Pollard Rho快速因数分解。该算法时间复杂度为O(n^(1/4))。
分解质因数代码:
将一个正整数分解质因数。例如:输入90,打印出90=2*3*3*5。
程序分析:对n进行分解质因数,应先找到一个最小的质数k,然后按下述步骤完成:
(1)如果这个质数恰等于n,则说明分解质因数的过程已经结束,打印出即可。
(2)如果n<>k,但n能被k整除,则应打印出k的值,并用n除以k的商,作为新的正整数你n,
重复执行第一步。
(3)如果n不能被k整除,则用k+1作为k的值,重复执行第一步。
程序分析:对n进行分解质因数,应先找到一个最小的质数k,然后按下述步骤完成:
(1)如果这个质数恰等于n,则说明分解质因数的过程已经结束,打印出即可。
(2)如果n<>k,但n能被k整除,则应打印出k的值,并用n除以k的商,作为新的正整数你n,
重复执行第一步。
(3)如果n不能被k整除,则用k+1作为k的值,重复执行第一步。
01
#include "stdio.h"
02
#include "conio.h"
03
main()
04
{
05
int
n,i;
06
printf
(
"\nplease input a number:\n"
);
07
scanf
(
"%d"
,&n);
08
printf
(
"%d="
,n);
09
for
(i=2;i<=n;i++)
10
while
(n!=i)
11
{
12
if
(n%i==0)
13
{
14
printf
(
"%d*"
,i);
15
n=n/i;
16
}
17
else
18
break
;
19
}
20
printf
(
"%d"
,n);
21
getch();
22
}
另一种形式:
01
//返回质因数数组
02
Integer[] decPrime(
int
n) {
03
List<Integer> list =
new
ArrayList<Integer>();
04
for
(
int
i=2;i <= n;i++){
05
while
(n != i){
06
if
(n%i != 0){
07
break
;
//不能整除肯定不是因数,能够整除在这里一定是质数。因为所有的2,3,5,7
08
//都被除完之后。剩下的因数只能是奇数,且是质数。
09
}
10
list.add(Integer.valueOf(i));
11
n = n/i;
12
}
13
}
14
list.add(Integer.valueOf(n));
15
return
list.toArray(
new
Integer[list.size()]);
16
}
另外代码:
。我们用所有正整数试验一下,从2开始进行试除,逐步增加除数的值,去寻找一个可以整除n的数。在Eratosthenes筛法的讨论中,我们知道如果n是一个复合数,那么它就会有一个素数 。算法9.3所示的就是这种方法的伪代码。这个算法有两个偱环路径,外部的和内部的。外部循环求唯一因数,内部循环求一个因数的多个复本。例如, ,外部循环求出因数2和3。内部循环求出2是一个多因数。
01
void
trial_divisio_fac(
int
n)
02
{
03
int
a=2;
04
while
(a*a<=n)
05
{
06
while
(n%a==0)
07
{
08
cout<<a<<ends;
09
n=n/a;
10
}
11
a++;
12
}
13
if
(n>1) cout<<n;
//n没有因数
14
}
上面的代码解释比较清楚。为什么这种方法可以得到素数。
因为我们在内层循环中,已经把当前a的所有倍数都去除了。这跟埃斯托尼算法是一样的。
复杂度 如果 ,这种情况下试除法通常都是很有效的。但是如果用来分解更大的整数,试除法就变得非常低效甚至不可用了。这种算法的复杂度是随着n的增加呈指数级别增长的。
(
试除法是整数分解算法中最简单和最容易理解的算法。
给定一个合数n(这里,n是待分解的整数),试除法看成是用小于等于的每个素数去试除待分解的整数。如果找到一个数能够整除除尽,这个数就是待分解整数的因子。
).
例9.29
运用试除算法求1233的因数。
1233=3^2*137.
转自:http://www.cnblogs.com/youxin/p/3232049.html
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