深入分析C语言分解质因数的实现方法
首先来看一个最简单的C语言实现质因数分解的列子：
#include <stdio.h>
void main( )
{
int data, i = 2;
scanf("%d", &data);
while(data > 1)
{
if(data % i == 0)
{
printf("%d ", i);
data /= i;
}
else i++;
}
}
原理&&方法
把一个合数分解为若干个质因数的乘积的形式，即求质因数的过程叫做分解质因数，分解质因数只针对合数
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：
以24为例：
2 -- 24
2 -- 12
2 -- 6
3 （3是质数，结束）
得出 24 = 2 × 2 × 2 × 3 = 2^3 * 3
代码
可先用素数筛选法，筛选出符合条件的质因数，然后for循环遍历即可，通过一道题目来show一下这部分代码
题目1
题目描述：
求正整数N(N>1)的质因数的个数。
相同的质因数需要重复计算。如120=2*2*2*3*5，共有5个质因数。
输入：
可能有多组测试数据，每组测试数据的输入是一个正整数N，(1<N<10^9)。
输出：
对于每组数据，输出N的质因数的个数。
样例输入：
120
样例输出：
5
提示：
注意：1不是N的质因数；若N为质数，N是N的质因数。
ac代码
#include <stdio.h>
int main()
{
int n, count, i;
while (scanf("%d", &n) != EOF) {
count = 0;
for (i = 2; i * i <= n; i ++) {
if(n % i == 0) {
while (n % i == 0) {
count ++;
n /= i;
}
}
}
if (n > 1) {
count ++;
}
printf("%d\n", count);
}
return 0;
}
深入理解
我所谓的深入理解，就是通过4星的题目来灵活运用分解质因数的方法，题目如下
题目2
题目描述：
给定n，a求最大的k，使n！可以被a^k整除但不能被a^(k+1)整除。
输入：
两个整数n(2<=n<=1000)，a(2<=a<=1000)
输出：
一个整数.
样例输入：
6 10
样例输出：
1
思路
a^k和n!都可能非常大，甚至超过long long int的表示范围，所以也就不能直接用取余操作判断它们之间是否存在整除关系，因此我们需要换一种思路，从分解质因数入手，假设两个数a和b：
a = p1^e1 * p2^e2 * ... * pn^en, b = p1^d1 * p2^d2 * ... * pn^dn
, 则b除以a可以表示为：
b / a = (p1^d1 * p2^d2 * ... * pn^dn) / (p1^e1 * p2^e2 * ... * pn^en)
若b能被a整除，则 b / a必为整数，且两个素数必护质，则我们可以得出如下规律：
若a存在质因数px，则b必也存在该质因数，且该素因数在b中对应的幂指数必不小于在a中的幂指数
另b = n!, a^k = p1^ke1 * p2^ke2 * ... * pn^ken，因此我们需要确定最大的非负整数k即可。要求得该k，我们只需要依次测试a中每一个素因数，确定b中该素因数是a中该素因数的幂指数的多少倍即可，所有倍数中最小的那个即为我们要求得的k
分析到这里，剩下的工作似乎只是对a和n!分解质因数，但是将n!计算出来再分解质因数，这样n!数值太大。考虑n!中含有素因数p的个数，即确定素因数p对应的幂指数。我们知道n!包含了从1到n区间所有整数的乘积， 这些乘积中每一个p的倍数（包括其本身）都对n!贡献至少一个p因子，且我们知道在1到n中p的倍数共有n/p个。同理，计算p^2，p^3,...即可
代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define N 1001
int prime[N], size;
/**
* 素数筛选法进行预处理
*/
void initProcess()
{
int i, j;
for (prime[0] = prime[1] = 0, i = 2; i < N; i ++) {
prime[i] = 1;
}
size = 0;
for (i = 2; i < N; i ++) {
if (prime[i]) {
size ++;
for (j = 2 * i; j < N; j += i) {
prime[j] = 0;
}
}
}
}
int main(void)
{
int i, n, a, k, num, count, base, tmp, *ansbase, *ansnum;
// 预处理
initProcess();
while (scanf("%d %d", &n, &a) != EOF) {
ansbase = (int *)calloc(size, sizeof(int));
ansnum = (int *)calloc(size, sizeof(int));
// 将a分解质因数
for (i = 2, num = 0; i < N && a != 1; i ++) {
if (prime[i] && a % i == 0) {
ansbase[num] = i;
ansnum[num] = 0;
while (a != 1 && a % i == 0) {
ansnum[num] += 1;
a = a / i;
}
num ++;
}
}
// 求最小的k
for (i = 0, k = 0x7fffffff; i < num; i ++) {
base = ansbase[i];
count = 0;
while (base <= n) {
count += n / base;
base *= ansbase[i];
}
tmp = count / ansnum[i];
if (tmp < k) k = tmp;
}
printf("%d\n", k);
}
return 0;
}
/**************************************************************
Problem: 1104
User: wangzhengyi
Language: C
Result: Accepted
Time:0 ms
Memory:916 kb
****************************************************************/
约数个数定理
对于一个大于1的正整数n可以分解质因数：
n = p1^a1 * p2^a2 * p3^a3 * ... * pn^an
, 则n的正约数的个数为：
(a1 + 1) * (a2 + 1) * ... *(an + 1)
.其中p1,p2,..pn都是n的质因数，a1, a2...an是p1,p2,..pn的指数
证明
n可以分解质因数：n=p1^a1 * p2^a2 * p3^a3 * … * pk^ak,
由约数定义可知p1^a1的约数有:p1^0, p1^1, p1^2......p1^a1 ，共（a1+1）个;同理p2^a2的约数有（a2+1）个......pk^ak的约数有（ak+1）个
故根据乘法原理：n的约数的个数就是
(a1+1）*（a2+1）*（a3+1）*…* (ak+1)
题目3
题目描述：
输入n个整数,依次输出每个数的约数的个数
输入：
输入的第一行为N，即数组的个数(N<=1000)
接下来的1行包括N个整数，其中每个数的范围为(1<=Num<=1000000000)
当N=0时输入结束。
输出：
可能有多组输入数据，对于每组输入数据，
输出N行，其中每一行对应上面的一个数的约数的个数。
样例输入：
5
1 3 4 6 12
样例输出：
1
2
3
4
6
代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define N 40000
typedef long long int lint;
int prime[N], size;
void init()
{
int i, j;
for (prime[0] = prime[1] = 0, i = 2; i < N; i ++) {
prime[i] = 1;
}
size = 0;
for (i = 2; i < N; i ++) {
if (prime[i]) {
size ++;
for (j = 2 * i; j < N; j += i)
prime[j] = 0;
}
}
}
lint numPrime(int n)
{
int i, num, *ansnum, *ansprime;
lint count;
ansnum = (int *)malloc(sizeof(int) * (size + 1));
ansprime = (int *)malloc(sizeof(int) * (size + 1));
for (i = 2, num = 0; i < N && n != 1; i ++) {
if (prime[i] && n % i == 0) {
ansprime[num] = i;
ansnum[num] = 0;
while (n != 1 && n % i == 0) {
ansnum[num] += 1;
n /= i;
}
num ++;
}
}
if (n != 1) {
ansprime[num] = n;
ansnum[num] = 1;
num ++;
}
for (i = 0, count = 1; i < num; i ++) {
count *= (ansnum[i] + 1);
}
free(ansnum);
free(ansprime);
return count;
}
int main(void)
{
int i, n, *arr;
lint count;
init();
while (scanf("%d", &n) != EOF && n != 0) {
arr = (int *)malloc(sizeof(int) * n);
for (i = 0; i < n; i ++) {
scanf("%d", arr + i);
}
for (i = 0; i < n; i ++) {
count = numPrime(arr[i]);
printf("%lld\n", count);
}
free(arr);
}
return 0;
}
/**************************************************************
Problem: 1087
User: wangzhengyi
Language: C
Result: Accepted
Time:190 ms
Memory:1068 kb
****************************************************************/
