RPython (PyPy 4.0.1), 4032
RPython - это ограниченное подмножество Python, которое можно преобразовать в C и затем скомпилировать с помощью RPython Toolchain. Его выраженная цель - помочь в создании языковых переводчиков, но его также можно использовать для компиляции простых программ.
Для компиляции загрузите текущий исходный код PyPy (PyPy 4.0.1) и выполните следующее:
$ pypy /pypy-4.0.1-src/rpython/bin/rpython --opt=3 good-primes.py
Полученный исполняемый файл будет назван good-primes-cили похож в текущем рабочем каталоге.
Замечания по реализации
Генератор простых чисел primes- это неограниченное сито Эратосфена, которое использует колесо, чтобы избежать любых кратных 2 , 3 , 5 или 7 . Он также вызывает себя рекурсивно для генерации следующего значения, которое будет использоваться для маркировки. Я вполне доволен этим генератором. Профилирование линий показывает, что две самые медленные линии:
37> n += o
38> if n not in sieve:
поэтому я не думаю, что есть много возможностей для улучшения, кроме, возможно, использования большего колеса.
Для проверки «добродетели» сначала из n-1 удаляются все факторы из двух , используя хитроумный хак, чтобы найти наибольшую степень двух, которая является делителем (n-1 & 1-n). Поскольку p-1 обязательно даже для любого простого числа p> 2 , отсюда следует, что 2 должно быть одним из различных простых факторов. То, что осталось, отправляется is_prime_powerфункции, которая делает то, что подразумевает ее имя. Проверка, является ли значение простой степенью, «почти свободна», так как это делается одновременно с проверкой первичности, с не более чем O (log p n) операциями, где p - наименьший простой коэффициент n, Деление проб может показаться немного наивным, но по моим тестам это самый быстрый метод для значений менее 2 32, Я немного экономлю, повторно используя колесо из сита. Особенно:
59> while p*p < n:
60> for o in offsets:
перебирая колесо длиной 48, p*p < n проверка будет пропущена тысячи раз по низкой низкой цене, не превышающей 48 дополнительных операций по модулю. Это также пропускает более 77% всех кандидатов, а не 50%, принимая только шансы.
Последние несколько выходов:
3588 (987417437 - 987413849) 60.469000s
3900 (1123404923 - 1123401023) 70.828000s
3942 (1196634239 - 1196630297) 76.594000s
4032 (1247118179 - 1247114147) 80.625000s
4176 (1964330609 - 1964326433) 143.047000s
4224 (2055062753 - 2055058529) 151.562000s
Код также является допустимым Python и должен достигать 3588 ~ 3900 при запуске с последним интерпретатором PyPy.
# primes less than 212
small_primes = [
2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37,
41, 43, 47, 53, 59, 61, 67, 71, 73, 79, 83, 89,
97,101,103,107,109,113,127,131,137,139,149,151,
157,163,167,173,179,181,191,193,197,199,211]
# pre-calced sieve of eratosthenes for n = 2, 3, 5, 7
# distances between sieve values, starting from 211
offsets = [
10, 2, 4, 2, 4, 6, 2, 6, 4, 2, 4, 6,
6, 2, 6, 4, 2, 6, 4, 6, 8, 4, 2, 4,
2, 4, 8, 6, 4, 6, 2, 4, 6, 2, 6, 6,
4, 2, 4, 6, 2, 6, 4, 2, 4, 2,10, 2]
# tabulated, mod 105
dindices =[
0,10, 2, 0, 4, 0, 0, 0, 8, 0, 0, 2, 0, 4, 0,
0, 6, 2, 0, 4, 0, 0, 4, 6, 0, 0, 6, 0, 0, 2,
0, 6, 2, 0, 4, 0, 0, 4, 6, 0, 0, 2, 0, 4, 2,
0, 6, 6, 0, 0, 0, 0, 6, 6, 0, 0, 0, 0, 4, 2,
0, 6, 2, 0, 4, 0, 0, 4, 6, 0, 0, 2, 0, 6, 2,
0, 6, 0, 0, 4, 0, 0, 4, 6, 0, 0, 2, 0, 4, 8,
0, 0, 2, 0,10, 0, 0, 4, 0, 0, 0, 2, 0, 4, 2]
def primes(start = 0):
for n in small_primes[start:]: yield n
pg = primes(6)
p = pg.next()
q = p*p
sieve = {221: 13, 253: 11}
n = 211
while True:
for o in offsets:
n += o
stp = sieve.pop(n, 0)
if stp:
nxt = n/stp
nxt += dindices[nxt%105]
while nxt*stp in sieve: nxt += dindices[nxt%105]
sieve[nxt*stp] = stp
else:
if n < q:
yield n
else:
sieve[q + dindices[p%105]*p] = p
p = pg.next()
q = p*p
def is_prime_power(n):
for p in small_primes:
if n%p == 0:
n /= p
while n%p == 0: n /= p
return n == 1
p = 211
while p*p < n:
for o in offsets:
p += o
if n%p == 0:
n /= p
while n%p == 0: n /= p
return n == 1
return n > 1
def main(argv):
from time import time
t0 = time()
m = 0
p = q = 7
pgen = primes(3)
for n in pgen:
d = (n-1 & 1-n)
if is_prime_power(n/d):
p, q = q, n
if q-p > m:
m = q-p
print m, "(%d - %d) %fs"%(q, p, time()-t0)
return 0
def target(*args):
return main, None
if __name__ == '__main__':
from sys import argv
main(argv)
RPython (PyPy 4.0.1), 22596
Это представление немного отличается от других, опубликованных до сих пор, в том, что оно не проверяет все хорошие простые числа, но вместо этого делает относительно большие скачки. Одним из недостатков этого является то, что сита не могут быть использованы [Я исправлен?] , Поэтому нужно полностью полагаться на тестирование на простоту, которое на практике немного медленнее. Существует также радостная среда между скоростью роста и количеством проверяемых значений каждый раз. Меньшие значения гораздо быстрее проверяются, но большие значения с большей вероятностью будут иметь большие пропуски.
Чтобы успокоить математических богов, я решил следовать последовательности, подобной Фибоначчи, имея следующую отправную точку как сумму двух предыдущих. Если после проверки 10 пар новые записи не найдены, скрипт переходит к следующей.
Последние несколько выходов:
6420 (12519586667324027 - 12519586667317607) 0.364000s
6720 (707871808582625903 - 707871808582619183) 0.721000s
8880 (626872872579606869 - 626872872579597989) 0.995000s
10146 (1206929709956703809 - 1206929709956693663) 4.858000s
22596 (918415168400717543 - 918415168400694947) 8.797000s
При компиляции используются 64-битные целые числа, хотя в некоторых местах предполагается, что два целых числа могут быть добавлены без переполнения, поэтому на практике можно использовать только 63. По достижении 62 значащих битов текущее значение уменьшается вдвое, чтобы избежать переполнения в вычислениях. В результате сценарий перебирает значения в диапазоне 2 60 - 2 62 . Непревзойденная точность целых чисел также делает скрипт быстрее при интерпретации.
Следующий скрипт PARI / GP может использоваться для подтверждения этого результата:
isgoodprime(n) = isprime(n) && omega(n-1)==2
for(n = 918415168400694947, 918415168400717543, {
if(isgoodprime(n), print(n" is a good prime"))
})
try:
from rpython.rlib.rarithmetic import r_int64
from rpython.rtyper.lltypesystem.lltype import SignedLongLongLong
from rpython.translator.c.primitive import PrimitiveType
# check if the compiler supports long long longs
if SignedLongLongLong in PrimitiveType:
from rpython.rlib.rarithmetic import r_longlonglong
def mul_mod(a, b, m):
return r_int64(r_longlonglong(a)*b%m)
else:
from rpython.rlib.rbigint import rbigint
def mul_mod(a, b, m):
biga = rbigint.fromrarith_int(a)
bigb = rbigint.fromrarith_int(b)
bigm = rbigint.fromrarith_int(m)
return biga.mul(bigb).mod(bigm).tolonglong()
# modular exponentiation b**e (mod m)
def pow_mod(b, e, m):
r = 1
while e:
if e&1: r = mul_mod(b, r, m)
e >>= 1
b = mul_mod(b, b, m)
return r
except:
import sys
r_int64 = int
if sys.maxint == 2147483647:
mul_mod = lambda a, b, m: a*b%m
else:
mul_mod = lambda a, b, m: int(a*b%m)
pow_mod = pow
# legendre symbol (a|m)
# note: returns m-1 if a is a non-residue, instead of -1
def legendre(a, m):
return pow_mod(a, (m-1) >> 1, m)
# strong probable prime
def is_sprp(n, b=2):
if n < 2: return False
d = n-1
s = 0
while d&1 == 0:
s += 1
d >>= 1
x = pow_mod(b, d, n)
if x == 1 or x == n-1:
return True
for r in xrange(1, s):
x = mul_mod(x, x, n)
if x == 1:
return False
elif x == n-1:
return True
return False
# lucas probable prime
# assumes D = 1 (mod 4), (D|n) = -1
def is_lucas_prp(n, D):
Q = (1-D) >> 2
# n+1 = 2**r*s where s is odd
s = n+1
r = 0
while s&1 == 0:
r += 1
s >>= 1
# calculate the bit reversal of (odd) s
# e.g. 19 (10011) <=> 25 (11001)
t = r_int64(0)
while s:
if s&1:
t += 1
s -= 1
else:
t <<= 1
s >>= 1
# use the same bit reversal process to calculate the sth Lucas number
# keep track of q = Q**n as we go
U = 0
V = 2
q = 1
# mod_inv(2, n)
inv_2 = (n+1) >> 1
while t:
if t&1:
# U, V of n+1
U, V = mul_mod(inv_2, U + V, n), mul_mod(inv_2, V + mul_mod(D, U, n), n)
q = mul_mod(q, Q, n)
t -= 1
else:
# U, V of n*2
U, V = mul_mod(U, V, n), (mul_mod(V, V, n) - 2 * q) % n
q = mul_mod(q, q, n)
t >>= 1
# double s until we have the 2**r*sth Lucas number
while r:
U, V = mul_mod(U, V, n), (mul_mod(V, V, n) - 2 * q) % n
q = mul_mod(q, q, n)
r -= 1
# primality check
# if n is prime, n divides the n+1st Lucas number, given the assumptions
return U == 0
# primes less than 212
small_primes = [
2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37,
41, 43, 47, 53, 59, 61, 67, 71, 73, 79, 83, 89,
97,101,103,107,109,113,127,131,137,139,149,151,
157,163,167,173,179,181,191,193,197,199,211]
# pre-calced sieve of eratosthenes for n = 2, 3, 5, 7
indices = [
1, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47,
53, 59, 61, 67, 71, 73, 79, 83, 89, 97,101,103,
107,109,113,121,127,131,137,139,143,149,151,157,
163,167,169,173,179,181,187,191,193,197,199,209]
# distances between sieve values
offsets = [
10, 2, 4, 2, 4, 6, 2, 6, 4, 2, 4, 6,
6, 2, 6, 4, 2, 6, 4, 6, 8, 4, 2, 4,
2, 4, 8, 6, 4, 6, 2, 4, 6, 2, 6, 6,
4, 2, 4, 6, 2, 6, 4, 2, 4, 2,10, 2]
bit_lengths = [
0x00000000, 0x00000001, 0x00000003, 0x00000007,
0x0000000F, 0x0000001F, 0x0000003F, 0x0000007F,
0x000000FF, 0x000001FF, 0x000003FF, 0x000007FF,
0x00000FFF, 0x00001FFF, 0x00003FFF, 0x00007FFF,
0x0000FFFF, 0x0001FFFF, 0x0003FFFF, 0x0007FFFF,
0x000FFFFF, 0x001FFFFF, 0x003FFFFF, 0x007FFFFF,
0x00FFFFFF, 0x01FFFFFF, 0x03FFFFFF, 0x07FFFFFF,
0x0FFFFFFF, 0x1FFFFFFF, 0x3FFFFFFF, 0x7FFFFFFF]
max_int = 2147483647
# returns the index of x in a sorted list a
# or the index of the next larger item if x is not present
# i.e. the proper insertion point for x in a
def binary_search(a, x):
s = 0
e = len(a)
m = e >> 1
while m != e:
if a[m] < x:
s = m
m = (s + e + 1) >> 1
else:
e = m
m = (s + e) >> 1
return m
def log2(n):
hi = n >> 32
if hi:
return binary_search(bit_lengths, hi) + 32
return binary_search(bit_lengths, n)
# integer sqrt of n
def isqrt(n):
c = n*4/3
d = log2(c)
a = d>>1
if d&1:
x = r_int64(1) << a
y = (x + (n >> a)) >> 1
else:
x = (r_int64(3) << a) >> 2
y = (x + (c >> a)) >> 1
if x != y:
x = y
y = (x + n/x) >> 1
while y < x:
x = y
y = (x + n/x) >> 1
return x
# integer cbrt of n
def icbrt(n):
d = log2(n)
if d%3 == 2:
x = r_int64(3) << d/3-1
else:
x = r_int64(1) << d/3
y = (2*x + n/(x*x))/3
if x != y:
x = y
y = (2*x + n/(x*x))/3
while y < x:
x = y
y = (2*x + n/(x*x))/3
return x
## Baillie-PSW ##
# this is technically a probabalistic test, but there are no known pseudoprimes
def is_bpsw(n):
if not is_sprp(n, 2): return False
# idea shamelessly stolen from Mathmatica's PrimeQ
# if n is a 2-sprp and a 3-sprp, n is necessarily square-free
if not is_sprp(n, 3): return False
a = 5
s = 2
# if n is a perfect square, this will never terminate
while legendre(a, n) != n-1:
s = -s
a = s-a
return is_lucas_prp(n, a)
# an 'almost certain' primality check
def is_prime(n):
if n < 212:
m = binary_search(small_primes, n)
return n == small_primes[m]
for p in small_primes:
if n%p == 0:
return False
# if n is a 32-bit integer, perform full trial division
if n <= max_int:
p = 211
while p*p < n:
for o in offsets:
p += o
if n%p == 0:
return False
return True
return is_bpsw(n)
# next prime strictly larger than n
def next_prime(n):
if n < 2:
return 2
# first odd larger than n
n = (n + 1) | 1
if n < 212:
m = binary_search(small_primes, n)
return small_primes[m]
# find our position in the sieve rotation via binary search
x = int(n%210)
m = binary_search(indices, x)
i = r_int64(n + (indices[m] - x))
# adjust offsets
offs = offsets[m:] + offsets[:m]
while True:
for o in offs:
if is_prime(i):
return i
i += o
# true if n is a prime power > 0
def is_prime_power(n):
if n > 1:
for p in small_primes:
if n%p == 0:
n /= p
while n%p == 0: n /= p
return n == 1
r = isqrt(n)
if r*r == n:
return is_prime_power(r)
s = icbrt(n)
if s*s*s == n:
return is_prime_power(s)
p = r_int64(211)
while p*p < r:
for o in offsets:
p += o
if n%p == 0:
n /= p
while n%p == 0: n /= p
return n == 1
if n <= max_int:
while p*p < n:
for o in offsets:
p += o
if n%p == 0:
return False
return True
return is_bpsw(n)
return False
def next_good_prime(n):
n = next_prime(n)
d = (n-1 & 1-n)
while not is_prime_power(n/d):
n = next_prime(n)
d = (n-1 & 1-n)
return n
def main(argv):
from time import time
t0 = time()
if len(argv) > 1:
n = r_int64(int(argv[1]))
else:
n = r_int64(7)
if len(argv) > 2:
limit = int(argv[2])
else:
limit = 10
m = 0
e = 1
q = n
try:
while True:
e += 1
p, q = q, next_good_prime(q)
if q-p > m:
m = q-p
print m, "(%d - %d) %fs"%(q, p, time()-t0)
n, q = p, n+p
if log2(q) > 61:
q >>= 2
e = 1
q = next_good_prime(q)
elif e > limit:
n, q = p, n+p
if log2(q) > 61:
q >>= 2
e = 1
q = next_good_prime(q)
except KeyboardInterrupt:
pass
return 0
def target(*args):
return main, None
if __name__ == '__main__':
from sys import argv
main(argv)