使用Numpy实现的半筛子略有不同:

http://rebrained.com/?p=458

import math
import numpy
def prime6(upto):
    primes=numpy.arange(3,upto+1,2)
    isprime=numpy.ones((upto-1)/2,dtype=bool)
    for factor in primes[:int(math.sqrt(upto))]:
        if isprime[(factor-2)/2]: isprime[(factor*3-2)/2:(upto-1)/2:factor]=0
    return numpy.insert(primes[isprime],0,2)

有人能把这个和其他时间比较一下吗?在我的机器上，它似乎与其他Numpy半筛相当。

下面是Eratosthenes的一个numpy版本，具有良好的复杂度(低于排序长度为n的数组)和向量化。与@unutbu相比，用46微秒就可以找到100万以下的所有质数。

import numpy as np 
def generate_primes(n):
    is_prime = np.ones(n+1,dtype=bool)
    is_prime[0:2] = False
    for i in range(int(n**0.5)+1):
        if is_prime[i]:
            is_prime[i**2::i]=False
    return np.where(is_prime)[0]

计时:

import time    
for i in range(2,10):
    timer =time.time()
    generate_primes(10**i)
    print('n = 10^',i,' time =', round(time.time()-timer,6))

>> n = 10^ 2  time = 5.6e-05
>> n = 10^ 3  time = 6.4e-05
>> n = 10^ 4  time = 0.000114
>> n = 10^ 5  time = 0.000593
>> n = 10^ 6  time = 0.00467
>> n = 10^ 7  time = 0.177758
>> n = 10^ 8  time = 1.701312
>> n = 10^ 9  time = 19.322478

这是问题解的一种变化应该比问题本身更快。它使用埃拉托色尼的静态筛，没有其他优化。

from typing import List

def list_primes(limit: int) -> List[int]:
    primes = set(range(2, limit + 1))
    for i in range(2, limit + 1):
        if i in primes:
            primes.difference_update(set(list(range(i, limit + 1, i))[1:]))
    return sorted(primes)

>>> list_primes(100)
[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]

在Pure Python中最快的质数筛分:

from itertools import compress

def half_sieve(n):
    """
    Returns a list of prime numbers less than `n`.
    """
    if n <= 2:
        return []
    sieve = bytearray([True]) * (n // 2)
    for i in range(3, int(n ** 0.5) + 1, 2):
        if sieve[i // 2]:
            sieve[i * i // 2::i] = bytearray((n - i * i - 1) // (2 * i) + 1)
    primes = list(compress(range(1, n, 2), sieve))
    primes[0] = 2
    return primes

我优化了埃拉托色尼筛子的速度和内存。

基准

from time import clock
import platform

def benchmark(iterations, limit):
    start = clock()
    for x in range(iterations):
        half_sieve(limit)
    end = clock() - start
    print(f'{end/iterations:.4f} seconds for primes < {limit}')

if __name__ == '__main__':
    print(platform.python_version())
    print(platform.platform())
    print(platform.processor())
    it = 10
    for pw in range(4, 9):
        benchmark(it, 10**pw)

输出

>>> 3.6.7
>>> Windows-10-10.0.17763-SP0
>>> Intel64 Family 6 Model 78 Stepping 3, GenuineIntel
>>> 0.0003 seconds for primes < 10000
>>> 0.0021 seconds for primes < 100000
>>> 0.0204 seconds for primes < 1000000
>>> 0.2389 seconds for primes < 10000000
>>> 2.6702 seconds for primes < 100000000

如果你接受itertools，但不接受numpy，这里有一个针对Python 3的rwh_primes2的改编版本，它在我的机器上运行速度大约是原来的两倍。唯一的实质性变化是使用bytearray而不是列表来表示布尔值，并使用压缩而不是列表推导来构建最终列表。(如果可以的话，我会把这句话作为moarningsun之类的评论。)

import itertools
izip = itertools.zip_longest
chain = itertools.chain.from_iterable
compress = itertools.compress
def rwh_primes2_python3(n):
    """ Input n>=6, Returns a list of primes, 2 <= p < n """
    zero = bytearray([False])
    size = n//3 + (n % 6 == 2)
    sieve = bytearray([True]) * size
    sieve[0] = False
    for i in range(int(n**0.5)//3+1):
      if sieve[i]:
        k=3*i+1|1
        start = (k*k+4*k-2*k*(i&1))//3
        sieve[(k*k)//3::2*k]=zero*((size - (k*k)//3 - 1) // (2 * k) + 1)
        sieve[  start ::2*k]=zero*((size -   start  - 1) // (2 * k) + 1)
    ans = [2,3]
    poss = chain(izip(*[range(i, n, 6) for i in (1,5)]))
    ans.extend(compress(poss, sieve))
    return ans

比较:

>>> timeit.timeit('primes.rwh_primes2(10**6)', setup='import primes', number=1)
0.0652179726976101
>>> timeit.timeit('primes.rwh_primes2_python3(10**6)', setup='import primes', number=1)
0.03267321276325674

and

>>> timeit.timeit('primes.rwh_primes2(10**8)', setup='import primes', number=1)
6.394284538007014
>>> timeit.timeit('primes.rwh_primes2_python3(10**8)', setup='import primes', number=1)
3.833829450302801

更快、更内存的纯Python代码:

def primes(n):
    """ Returns  a list of primes < n """
    sieve = [True] * n
    for i in range(3,int(n**0.5)+1,2):
        if sieve[i]:
            sieve[i*i::2*i]=[False]*((n-i*i-1)//(2*i)+1)
    return [2] + [i for i in range(3,n,2) if sieve[i]]

或者从半筛子开始

def primes1(n):
    """ Returns  a list of primes < n """
    sieve = [True] * (n//2)
    for i in range(3,int(n**0.5)+1,2):
        if sieve[i//2]:
            sieve[i*i//2::i] = [False] * ((n-i*i-1)//(2*i)+1)
    return [2] + [2*i+1 for i in range(1,n//2) if sieve[i]]

更快，内存更明智的numpy代码:

import numpy
def primesfrom3to(n):
    """ Returns a array of primes, 3 <= p < n """
    sieve = numpy.ones(n//2, dtype=bool)
    for i in range(3,int(n**0.5)+1,2):
        if sieve[i//2]:
            sieve[i*i//2::i] = False
    return 2*numpy.nonzero(sieve)[0][1::]+1

从三分之一筛子开始的一种更快的变化:

import numpy
def primesfrom2to(n):
    """ Input n>=6, Returns a array of primes, 2 <= p < n """
    sieve = numpy.ones(n//3 + (n%6==2), dtype=bool)
    for i in range(1,int(n**0.5)//3+1):
        if sieve[i]:
            k=3*i+1|1
            sieve[       k*k//3     ::2*k] = False
            sieve[k*(k-2*(i&1)+4)//3::2*k] = False
    return numpy.r_[2,3,((3*numpy.nonzero(sieve)[0][1:]+1)|1)]

上面代码的纯python版本(很难编码)将是:

def primes2(n):
    """ Input n>=6, Returns a list of primes, 2 <= p < n """
    n, correction = n-n%6+6, 2-(n%6>1)
    sieve = [True] * (n//3)
    for i in range(1,int(n**0.5)//3+1):
      if sieve[i]:
        k=3*i+1|1
        sieve[      k*k//3      ::2*k] = [False] * ((n//6-k*k//6-1)//k+1)
        sieve[k*(k-2*(i&1)+4)//3::2*k] = [False] * ((n//6-k*(k-2*(i&1)+4)//6-1)//k+1)
    return [2,3] + [3*i+1|1 for i in range(1,n//3-correction) if sieve[i]]

不幸的是，pure-python不采用更简单和更快的numpy方式进行赋值，并且在循环中调用len()，如[False]*len(sieve[((k*k)//3)::2*k])太慢。所以我不得不即兴修正输入(避免更多的数学运算)，并做一些极端的(痛苦的)数学魔术。

我个人认为numpy(它被广泛使用)不是Python标准库的一部分是很遗憾的，而且Python开发人员似乎完全忽略了语法和速度方面的改进。