我知道比赛已经结束好几年了。.．.

尽管如此，这是我对纯python质数筛子的建议，基于在向前处理筛子时使用适当的步骤省略2、3和5的倍数。尽管如此，在N<10^9时，它实际上比@Robert William Hanks的优解rwh_primes2和rwh_primes1要慢。通过使用大于1.5* 10^8的ctypes.c_ushort筛分数组，可以在某种程度上适应内存限制。

10^6

$ python -mtimeit -s"import primeSieveSpeedComp" "primeSieveSpeedComp. primesieveseq (1000000)" 10个循环，最好的3:46.7毫秒每循环

import primeSieveSpeedComp (primeSieveSpeedComp) “primeSieveSpeedComp.rwh_primes1(1000000)”10个循环，最好的3:43.2 每回路Msec $ python -m timeit -s"import primeSieveSpeedComp" “primeSieveSpeedComp.rwh_primes2(1000000)”10圈，最好成绩是3:34.5 每回路Msec

10^7

$ python -mtimeit -s"import primeSieveSpeedComp" "primeSieveSpeedComp. primesieveseq (10000000)" 10个循环，最好是3:530毫秒每循环

import primeSieveSpeedComp (primeSieveSpeedComp) “primeSieveSpeedComp.rwh_primes1(10000000)”10圈，3:494的最佳成绩 每回路Msec $ python -m timeit -s"import primeSieveSpeedComp" “primeSieveSpeedComp.rwh_primes2(10000000)”10圈，最好的3:375 每回路Msec

10^8

$ python -mtimeit -s"import primeSieveSpeedComp" "primeSieveSpeedComp. primesieveseq (100000000)" 10圈，最好的3:5.55秒每圈

import primeSieveSpeedComp (primeSieveSpeedComp) “primeSieveSpeedComp.rwh_primes1(100000000)”10圈，最好成绩是3:5.33 秒/循环 $ python -m timeit -s"import primeSieveSpeedComp" “primeSieveSpeedComp.rwh_primes2(100000000)”10圈，最好的3:3.95 秒/循环

10^9

$ python -mtimeit -s"import primeSieveSpeedComp" "primeSieveSpeedComp. primesieveseq (1000000000)" 10圈，最好的3圈:每圈61.2秒

$ python -mtimeit -n 3 -s"import primeSieveSpeedComp" “primeSieveSpeedComp.rwh_primes1(1000000000)”3圈，最好的3:97.8 秒/循环 $ python -m timeit -s"import primeSieveSpeedComp" “primeSieveSpeedComp.rwh_primes2(1000000000)”10个循环，3个最好: 每循环41.9秒

您可以将下面的代码复制到ubuntu primeSieveSpeedComp中以查看此测试。

def primeSieveSeq(MAX_Int):
    if MAX_Int > 5*10**8:
        import ctypes
        int16Array = ctypes.c_ushort * (MAX_Int >> 1)
        sieve = int16Array()
        #print 'uses ctypes "unsigned short int Array"'
    else:
        sieve = (MAX_Int >> 1) * [False]
        #print 'uses python list() of long long int'
    if MAX_Int < 10**8:
        sieve[4::3] = [True]*((MAX_Int - 8)/6+1)
        sieve[12::5] = [True]*((MAX_Int - 24)/10+1)
    r = [2, 3, 5]
    n = 0
    for i in xrange(int(MAX_Int**0.5)/30+1):
        n += 3
        if not sieve[n]:
            n2 = (n << 1) + 1
            r.append(n2)
            n2q = (n2**2) >> 1
            sieve[n2q::n2] = [True]*(((MAX_Int >> 1) - n2q - 1) / n2 + 1)
        n += 2
        if not sieve[n]:
            n2 = (n << 1) + 1
            r.append(n2)
            n2q = (n2**2) >> 1
            sieve[n2q::n2] = [True]*(((MAX_Int >> 1) - n2q - 1) / n2 + 1)
        n += 1
        if not sieve[n]:
            n2 = (n << 1) + 1
            r.append(n2)
            n2q = (n2**2) >> 1
            sieve[n2q::n2] = [True]*(((MAX_Int >> 1) - n2q - 1) / n2 + 1)
        n += 2
        if not sieve[n]:
            n2 = (n << 1) + 1
            r.append(n2)
            n2q = (n2**2) >> 1
            sieve[n2q::n2] = [True]*(((MAX_Int >> 1) - n2q - 1) / n2 + 1)
        n += 1
        if not sieve[n]:
            n2 = (n << 1) + 1
            r.append(n2)
            n2q = (n2**2) >> 1
            sieve[n2q::n2] = [True]*(((MAX_Int >> 1) - n2q - 1) / n2 + 1)
        n += 2
        if not sieve[n]:
            n2 = (n << 1) + 1
            r.append(n2)
            n2q = (n2**2) >> 1
            sieve[n2q::n2] = [True]*(((MAX_Int >> 1) - n2q - 1) / n2 + 1)
        n += 3
        if not sieve[n]:
            n2 = (n << 1) + 1
            r.append(n2)
            n2q = (n2**2) >> 1
            sieve[n2q::n2] = [True]*(((MAX_Int >> 1) - n2q - 1) / n2 + 1)
        n += 1
        if not sieve[n]:
            n2 = (n << 1) + 1
            r.append(n2)
            n2q = (n2**2) >> 1
            sieve[n2q::n2] = [True]*(((MAX_Int >> 1) - n2q - 1) / n2 + 1)
    if MAX_Int < 10**8:
        return [2, 3, 5]+[(p << 1) + 1 for p in [n for n in xrange(3, MAX_Int >> 1) if not sieve[n]]]
    n = n >> 1
    try:
        for i in xrange((MAX_Int-2*n)/30 + 1):
            n += 3
            if not sieve[n]:
                r.append((n << 1) + 1)
            n += 2
            if not sieve[n]:
                r.append((n << 1) + 1)
            n += 1
            if not sieve[n]:
                r.append((n << 1) + 1)
            n += 2
            if not sieve[n]:
                r.append((n << 1) + 1)
            n += 1
            if not sieve[n]:
                r.append((n << 1) + 1)
            n += 2
            if not sieve[n]:
                r.append((n << 1) + 1)
            n += 3
            if not sieve[n]:
                r.append((n << 1) + 1)
            n += 1
            if not sieve[n]:
                r.append((n << 1) + 1)
    except:
        pass
    return r

对于最快的代码，numpy解决方案是最好的。不过，出于纯粹的学术原因，我发布了我的纯python版本，它比上面发布的食谱版本快不到50%。由于我将整个列表放在内存中，所以需要足够的空间来容纳所有内容，但它的可伸缩性似乎相当好。

def daniel_sieve_2(maxNumber):
    """
    Given a number, returns all numbers less than or equal to
    that number which are prime.
    """
    allNumbers = range(3, maxNumber+1, 2)
    for mIndex, number in enumerate(xrange(3, maxNumber+1, 2)):
        if allNumbers[mIndex] == 0:
            continue
        # now set all multiples to 0
        for index in xrange(mIndex+number, (maxNumber-3)/2+1, number):
            allNumbers[index] = 0
    return [2] + filter(lambda n: n!=0, allNumbers)

结果是:

>>>mine = timeit.Timer("daniel_sieve_2(1000000)",
...                    "from sieves import daniel_sieve_2")
>>>prev = timeit.Timer("get_primes_erat(1000000)",
...                    "from sieves import get_primes_erat")
>>>print "Mine: {0:0.4f} ms".format(min(mine.repeat(3, 1))*1000)
Mine: 428.9446 ms
>>>print "Previous Best {0:0.4f} ms".format(min(prev.repeat(3, 1))*1000)
Previous Best 621.3581 ms

这里是最快的函数之一的两个更新版本(纯Python 3.6)，

from itertools import compress

def rwh_primes1v1(n):
    """ Returns  a list of primes < n for n > 2 """
    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)
    return [2,*compress(range(3,n,2), sieve[1:])]

def rwh_primes1v2(n):
    """ Returns a list of primes < n for n > 2 """
    sieve = bytearray([True]) * (n//2+1)
    for i in range(1,int(n**0.5)//2+1):
        if sieve[i]:
            sieve[2*i*(i+1)::2*i+1] = bytearray((n//2-2*i*(i+1))//(2*i+1)+1)
    return [2,*compress(range(3,n,2), sieve[1:])]

这里有一个来自Python Cookbook的非常简洁的示例——该URL的最快版本是:

import itertools
def erat2( ):
    D = {  }
    yield 2
    for q in itertools.islice(itertools.count(3), 0, None, 2):
        p = D.pop(q, None)
        if p is None:
            D[q*q] = q
            yield q
        else:
            x = p + q
            while x in D or not (x&1):
                x += p
            D[x] = p

这就给出了

def get_primes_erat(n):
  return list(itertools.takewhile(lambda p: p<n, erat2()))

在shell提示符(正如我喜欢做的那样)中测量这段代码在pri.py中，我观察到:

$ python2.5 -mtimeit -s'import pri' 'pri.get_primes(1000000)'
10 loops, best of 3: 1.69 sec per loop
$ python2.5 -mtimeit -s'import pri' 'pri.get_primes_erat(1000000)'
10 loops, best of 3: 673 msec per loop

所以看起来食谱解决方案的速度是原来的两倍多。

在写这篇文章的时候，这是最快的工作解决方案(至少在我的机器上是这样)。它同时使用numpy和bitarray，并受到这个答案的primesfrom2to的启发。

import numpy as np
from bitarray import bitarray


def bit_primes(n):
    bit_sieve = bitarray(n // 3 + (n % 6 == 2))
    bit_sieve.setall(1)
    bit_sieve[0] = False

    for i in range(int(n ** 0.5) // 3 + 1):
        if bit_sieve[i]:
            k = 3 * i + 1 | 1
            bit_sieve[k * k // 3::2 * k] = False
            bit_sieve[(k * k + 4 * k - 2 * k * (i & 1)) // 3::2 * k] = False

    np_sieve = np.unpackbits(np.frombuffer(bit_sieve.tobytes(), dtype=np.uint8)).view(bool)
    return np.concatenate(((2, 3), ((3 * np.flatnonzero(np_sieve) + 1) | 1)))

下面是与素数from2to的比较，它之前被发现是unutbu比较中最快的解:

python3 -m timeit -s "import fast_primes" "fast_primes.bit_primes(1000000)"
200 loops, best of 5: 1.19 msec per loop

python3 -m timeit -s "import fast_primes" "fast_primes.primesfrom2to(1000000)"
200 loops, best of 5: 1.23 msec per loop

对于寻找100万以下的质数，bit_primes稍微快一些。 n值越大，差异就越大。在某些情况下，bit_primes的速度是原来的两倍多:

python3 -m timeit -s "import fast_primes" "fast_primes.bit_primes(500_000_000)"
1 loop, best of 5: 540 msec per loop

python3 -m timeit -s "import fast_primes" "fast_primes.primesfrom2to(500_000_000)"
1 loop, best of 5: 1.15 sec per loop

作为参考，以下是primesfrom2to I的最小修改版本(适用于Python 3):

def primesfrom2to(n):
    # https://stackoverflow.com/questions/2068372/fastest-way-to-list-all-primes-below-n-in-python/3035188#3035188
    """ Input n>=6, Returns a array of primes, 2 <= p < n"""
    sieve = np.ones(n // 3 + (n % 6 == 2), dtype=np.bool)
    sieve[0] = False
    for i in range(int(n ** 0.5) // 3 + 1):
        if sieve[i]:
            k = 3 * i + 1 | 1
            sieve[((k * k) // 3)::2 * k] = False
            sieve[(k * k + 4 * k - 2 * k * (i & 1)) // 3::2 * k] = False
    return np.r_[2, 3, ((3 * np.nonzero(sieve)[0] + 1) | 1)]

到目前为止，我尝试过的最快的方法是基于Python烹饪书erat2函数:

import itertools as it
def erat2a( ):
    D = {  }
    yield 2
    for q in it.islice(it.count(3), 0, None, 2):
        p = D.pop(q, None)
        if p is None:
            D[q*q] = q
            yield q
        else:
            x = q + 2*p
            while x in D:
                x += 2*p
            D[x] = p

关于加速的解释，请看下面的答案。