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

我在这里找到了一个纯Python 2素数生成器，在Willy Good的评论中，它比rwh2_primes快。

def primes235(limit):
yield 2; yield 3; yield 5
if limit < 7: return
modPrms = [7,11,13,17,19,23,29,31]
gaps = [4,2,4,2,4,6,2,6,4,2,4,2,4,6,2,6] # 2 loops for overflow
ndxs = [0,0,0,0,1,1,2,2,2,2,3,3,4,4,4,4,5,5,5,5,5,5,6,6,7,7,7,7,7,7]
lmtbf = (limit + 23) // 30 * 8 - 1 # integral number of wheels rounded up
lmtsqrt = (int(limit ** 0.5) - 7)
lmtsqrt = lmtsqrt // 30 * 8 + ndxs[lmtsqrt % 30] # round down on the wheel
buf = [True] * (lmtbf + 1)
for i in xrange(lmtsqrt + 1):
    if buf[i]:
        ci = i & 7; p = 30 * (i >> 3) + modPrms[ci]
        s = p * p - 7; p8 = p << 3
        for j in range(8):
            c = s // 30 * 8 + ndxs[s % 30]
            buf[c::p8] = [False] * ((lmtbf - c) // p8 + 1)
            s += p * gaps[ci]; ci += 1
for i in xrange(lmtbf - 6 + (ndxs[(limit - 7) % 30])): # adjust for extras
    if buf[i]: yield (30 * (i >> 3) + modPrms[i & 7])

我的结果:

$ time ./prime_rwh2.py 1e8
5761455 primes found < 1e8

real    0m3.201s
user    0m2.609s
sys     0m0.578s
$ time ./prime_wheel.py 1e8
5761455 primes found < 1e8

real    0m2.710s
user    0m2.469s
sys     0m0.219s

.．.在我最近的中档笔记本电脑(i5 8265U 1.6GHz)上运行Ubuntu Win 10。

这是一个mod 30轮筛，跳过倍数2,3和5。对我来说，它在2.5e9左右的时候工作得很好，那时我的笔记本电脑开始用完8G内存，需要大量交换。

我喜欢对30取余，因为它只有8个余数不是2 3 5的倍数。这允许使用移位和“&”进行乘法，除法和mod，并应该允许将一个mod 30轮的结果打包到一个字节中。我把威利的代码变成了一个分段的mod 30轮筛，以消除大N的抖动，并张贴在这里。

还有一个更快的Javascript版本，它是分段的，并使用了一个mod 210轮(没有2,3,5或7的倍数)@GordonBGood与一个深入的解释，这对我很有用。

对于足够大的N，真正最快的解决方案是下载一个预先计算的质数列表，将其存储为元组，并执行如下操作:

for pos,i in enumerate(primes):
    if i > N:
        print primes[:pos]

如果只有N >个质数[-1]，则计算更多的质数并将新列表保存在代码中，以便下次同样快。

要跳出思维定势。

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。

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

假设N < 9,080,191, Miller-Rabin's Primality检验的确定性实现

import sys

def miller_rabin_pass(a, n):
    d = n - 1
    s = 0
    while d % 2 == 0:
        d >>= 1
        s += 1

    a_to_power = pow(a, d, n)
    if a_to_power == 1:
        return True
    for i in range(s-1):
        if a_to_power == n - 1:
            return True
        a_to_power = (a_to_power * a_to_power) % n
    return a_to_power == n - 1


def miller_rabin(n):
    if n <= 2:
        return n == 2

    if n < 2_047:
        return miller_rabin_pass(2, n)

    return all(miller_rabin_pass(a, n) for a in (31, 73))


n = int(sys.argv[1])
primes = [2]
for p in range(3,n,2):
  if miller_rabin(p):
    primes.append(p)
print len(primes)

根据维基百科(http://en.wikipedia.org/wiki/Miller -Rabin_primality_test)上的文章，对于a = 37和73，测试N < 9,080,191足以判断N是否为合数。

我从原始米勒-拉宾测试的概率实现中改编了源代码:https://www.literateprograms.org/miller-rabin_primality_test__python_.html