从2021年的答案开始，我还没有发现二进制数组方法对10亿以下的质数有利。

但我可以用几个技巧将质数从2加速到接近x2:

使用numexpr库将numpy表达式转换为分配较少的紧循环 取代np。有更快的选择 以某种方式操作筛选的前9个元素，因此不需要改变数组的形状

总之，在我的机器上，质数< 10亿的时间从25秒变成了14.5秒

import numexpr as ne
import numpy as np

def primesfrom2to_numexpr(n):
    # https://stackoverflow.com/questions/2068372/fastest-way-to-list-all-primes-below-n-in-python/3035188#3035188
    """ Input n>=24, Returns a array of primes, 2 <= p < n + a few over"""
    sieve = np.zeros((n // 3 + (n % 6 == 2))//4+1, dtype=np.int32)
    ne.evaluate('sieve + 0x01010101', out=sieve)
    sieve = sieve.view('int8')
    #sieve = np.ones(n // 3 + (n % 6 == 2), dtype=np.bool_)
    sieve[0] = 0
    for i in np.arange(int(n ** 0.5) // 3 + 1):
        if sieve[i]:
            k = 3 * i + 1 | 1
            sieve[((k * k) // 3)::2 * k] = 0
            sieve[(k * k + 4 * k - 2 * k * (i & 1)) // 3::2 * k] = 0
    sieve[[0,8]] = 1
    result = np.flatnonzero(sieve)
    ne.evaluate('result * 3 + 1 + result%2', out=result)
    result[:9] = [2,3,5,7,11,13,17,19,23]
    return result

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)]

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:])]

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