Почему эти ситовые оптимизации нарушают мой код?

Question

А как мне их исправить, чтобы они работали? Я пытаюсь оптимизировать свое сито в соответствии с предыдущими предложениями, но в обоих случаях код ломается:

Увеличение j = j + ( i * 2) нарушит код.

Очевидно, что мне не хватает некоторой концепции оптимизации как как и другие люди Но в общем случае вы просто go проходите и помечаете все кратные простого числа как не простые. Оптимизация - это следующий шаг.

// prime-3
// sieve implementation
function prime3(n) {
  const sieve = (new Array(n)).fill(true);
  // Only iterate up to the square root n for marking
  for (let i = 2; i * i <= n; i += 1) {
    if (sieve[i]) {
      // recommended optimization breaks the code
      // j = j + ( i * 2 )
      for (let j = i * i; j <= n; j = j + i) {
        sieve[j] = false;
      }
    }
  }
  return makePrimes(sieve, n);
};

function makePrimes(sieve, n) {
  let primes = [];
  for (let i = 2; i < n; i++) {
    if (sieve[i]) {
      primes.push(i);
    }
  }
  return primes;
}
console.log(prime3(100));

Answer 1

Ваша оптимизация должна быть применена после избавления от четного числа сначала (кроме 2). потому что когда i==2, вы фактически пропустили все четные числа, увеличив на i*2.

Вот рабочий код:

// prime-3
// sieve implementation
function prime3(n) {
  let sieve = (new Array(n)).fill(true);
  for (let i = 4; i < n; i+=2) {
    sieve[i] = false;
  }

  // Only iterate up to the square root n for marking
  for (let i = 2; i * i <= n; i += 1) {
    if (sieve[i]) {
      // now it works
      // j = j + ( i * 2 )
      for (let j = i * i; j <= n; j = j + i*2) {
        sieve[j] = false;
      }
    }
  }
  return makePrimes(sieve, n);
};

function makePrimes(sieve, n) {
  let primes = [];
  for (let i = 2; i < n; i++) {
    if (sieve[i]) {
      primes.push(i);
    }
  }
  return primes;
}
console.log(prime3(100));

Редактировать

Поцарапайте это. Дальнейшее тестирование показывает, что prime3 работает в 3 раза быстрее, чем простое сито.

Код, хотя и работает, кажется, содержит слишком много хитростей и вносит дополнительные вычисления и путаницу. Простой ситовый код, подобный следующему в моем сравнении, выполняет тот, который содержится в ответе. Опять же, KISS - это принцип.

Ситуация в исходном ответе потребовала 317 мс для просеивания чисел 1M, в то время как простому ситу потребовалось всего 241 мс.

function simpleSieve(n) {
  let a = new Array(n)
  let answer = []
  let p
  for (let i = 2; i < n; i ++) {
    a[i] = i
  }
  for (let i = 2; i < n; i++) {
    if (a[i]) {
      answer.push(a[i])
      p = a[i]
      for(let j = p; j < n;  j += p) {
        a[j] = 0
      }
    }
  }
  return answer
}

Править 2

Проверено с cpp и prime3 улучшается примерно в 3 раза быстрее, чем простое сито:

p3:
n = 100000000, t = 866717 microseconds.
n = 200000000, t = 2354425 microseconds.
n = 300000000, t = 3689165 microseconds.
n = 400000000, t = 4950224 microseconds.
n = 500000000, t = 6119779 microseconds.
n = 600000000, t = 7375925 microseconds.
n = 700000000, t = 8647293 microseconds.
n = 800000000, t = 10477116 microseconds.
n = 900000000, t = 11589894 microseconds.
n = 1000000000, t = 12806997 microseconds.
simple:
n = 100000000, t = 2316019 microseconds.
n = 200000000, t = 6063749 microseconds.
n = 300000000, t = 9783295 microseconds.
n = 400000000, t = 13315450 microseconds.
n = 500000000, t = 16640474 microseconds.
n = 600000000, t = 20282461 microseconds.
n = 700000000, t = 24219469 microseconds.
n = 800000000, t = 29203786 microseconds.
n = 900000000, t = 32965856 microseconds.
n = 1000000000, t = 37694084 microseconds.

Коды здесь для полноты:

void simpleSieve(int n) {
  bool *a = (bool *)calloc(n, sizeof(bool));
  int p;
  memset(a, true, sizeof(bool) * n);
  for (int i = 2; i < n; i++) {
    if (a[i]) {
      p = i;
      for (int j = p; j < n; j += p) {
        a[j] = 0;
      }
    }
  }
  free(a);
}

void prime3(int n) {
  bool *sieve = (bool*)calloc(n, sizeof(bool));
  sieve[2] = true;
  for (int i = 3; i < n; i+=2) {
    sieve[i] = true;
  }
  int step;
  for (int i = 2; i * i <= n; i += 1) {
    if (sieve[i]) {
      step = i*2;
      for (int j = i * i; j <= n; j = j + step) {
        sieve[j] = false;
      }
    }
  }
  free(sieve);
}

Answer 2

Вы совершили простую ошибку, не приготовив сито. Вы должны исключить все кратные 2, чтобы начать с:

function makeSieve(n){
  const sieve = new Array(n).fill(true);
  for(let i = 2; i < sieve.length; i += 2){
    sieve[i] = false;
  }
}

Теперь, когда вы go отмечаете не простые числа, вы можете увеличивать i * 2

Например

3, 6, 9, 12, 15, 18, 21

станет

3, 9, 15, 21

Answer 3

На самом деле оптимизация работает для меня:

 // prime-3
    // sieve implementation
    function prime3 (n) {
      const sieve = (new Array(n)).fill(true);
    
      // Only iterate up to the square root n for marking
      for (let i = 2; i * i <= n; i += 1) {
        if (sieve[i]) {
    
          // recomended optimizations break the code
          // j = i * i 
          // j = j + ( i * 2 )
          for (let j = i * i; j <= n; j = j+i) {
            sieve[j] = false;
          }
        }
      }
      return makePrimes(sieve, n);
    };
    
    function makePrimes(sieve, n){
      let primes = [];
      for (let i = 2; i < n; i++) {
        if(sieve[i]) {
          primes.push(i);
        }
      }
      return primes;
    }
    
    console.log(prime3(100));

Но ваша j = j + ( i * 2 ) «оптимизация» фактически нарушает алгоритм. Результаты будут содержать не простые числа. Вот фрагмент для проверки:

function prime3 (n) {
      const sieve = (new Array(n)).fill(true);
    
      // Only iterate up to the square root n for marking
      for (let i = 2; i * i <= n; i += 1) {
        if (sieve[i]) {
    
          // recomended optimizations break the code
          // j = i * i 
          // j = j + ( i * 2 )
          for (let j = i * i; j <= n; j = j+(i*2)) {
            sieve[j] = false;
          }
        }
      }
      return makePrimes(sieve, n);
    };
    
    function makePrimes(sieve, n){
      let primes = [];
      for (let i = 2; i < n; i++) {
        if(sieve[i]) {
          primes.push(i);
        }
      }
      return primes;
    }
    
    console.log(prime3(100));