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c++中如何求一个数的质因数分解_c++质因数分解算法

穿越時空

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发布时间:2026-01-03 16:51:19

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来源于php中文网

原创

试除法质因数分解高效易懂,枚举2到√n的因子,每次除尽并计数,剩余>1的n即为最大质因子;无需预筛质数,可优化为先判2再枚举奇数。

c++中如何求一个数的质因数分解_c++质因数分解算法

用试除法实现质因数分解(最常用、够快、易懂)

对大多数实际场景(比如 n ≤ 10^12),试除法足够高效且稳定。核心思路是从小到大枚举可能的质因子,每次把 n 中该因子全部除尽,同时记录次数。

关键点:只需枚举到 sqrt(n),因为若 n 有大于 sqrt(n) 的质因子,最多只有一个——即最后剩下的那个 >1 的 n 值本身。

  • i = 2 开始循环,直到 i * i
  • n % i == 0,说明 i 是质因子,不断用 n /= i 并计数
  • 循环结束后,若 n > 1,则它本身就是剩余的质因子(且只出现一次)
void prime_factorize(long long n) {
    for (long long i = 2; i * i <= n; i++) {
        if (n % i == 0) {
            int cnt = 0;
            while (n % i == 0) {
                n /= i;
                cnt++;
            }
            printf("%lld^%d ", i, cnt);
        }
    }
    if (n > 1) printf("%lld^1", n);
}

为什么不用先筛质数再试除?

除非你要对大量数字(如 10⁵ 个)做质因数分解,否则预筛质数(如埃氏筛)反而拖慢单次分解。原因:

  • 筛到 sqrt(n) 需要 O(sqrt(n) log log sqrt(n)) 时间和空间,而试除法最坏也就 O(sqrt(n)) 时间,常数更小
  • 筛出的质数数组可能很大(比如 n = 1e12 → 要筛到 1e6,质数约 8 万个),但实际能整除的因子极少
  • 试除过程中遇到的合数(如 4、6、9)根本不会被 n % i == 0 触发,因为前面的质因子(2、3)已把它们的质因子全除掉了

处理大整数或需要多次调用时的优化方向

如果频繁分解(比如在线查询、密码学小规模场景),可考虑以下调整:

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  • 先特判 2,然后只枚举奇数:i = 3, 5, 7, ...,减少一半迭代
  • n 做快速小因子预检(如用 int 类型先试除前 100 个质数),避免大数取模开销
  • 若已知 n 是两个相近大质数乘积(如 RSA 模数),试除法失效,得换 Pollard-Rho 等随机算法——但这不属于常规需求

注意:long long 范围内,试除法在最坏情况(n 是两个大质数乘积,如 999999999989 * 999999999997)仍可能超时,此时需切换算法,但这种情况极少见。

常见错误:忘记 long long 溢出或忽略因子指数为 1 的输出

典型翻车点:

  • i * i 中,若 in 都是 int,但 n 接近 INT_MAXi * i 会溢出变成负数,导致死循环 → 必须统一用 long long
  • 输出时只写 i 不写指数,或漏掉最后的 n > 1 分支,导致结果不完整
  • 误以为 i 一定是质数——其实不需要判断,因为小因子早被除尽,能整除的 i 必然是质因子

边界输入如 n = 1 时,应无输出;n = 2n = 997(大质数)时,必须输出最后一项。

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