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。

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。

我对这个问题反应迟钝，但这似乎是一个有趣的练习。我使用numpy，这可能是作弊，我怀疑这个方法是最快的，但它应该是清楚的。它筛选一个仅引用其下标的布尔数组，并从所有True值的下标中引出质数。不需要取模。

import numpy as np
def ajs_primes3a(upto):
    mat = np.ones((upto), dtype=bool)
    mat[0] = False
    mat[1] = False
    mat[4::2] = False
    for idx in range(3, int(upto ** 0.5)+1, 2):
        mat[idx*2::idx] = False
    return np.where(mat == True)[0]

我很惊讶居然没人提到numba。

该版本在2.47 ms±36.5µs内达到1M标记。

几年前，维基百科页面上出现了一个阿特金筛子的伪代码。这已经不存在了，参考阿特金筛似乎是一个不同的算法。一个2007/03/01版本的维基百科页面(Primer number as 2007-03-01)显示了我用作参考的伪代码。

import numpy as np
from numba import njit

@njit
def nb_primes(n):
    # Generates prime numbers 2 <= p <= n
    # Atkin's sieve -- see https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Prime_number&oldid=111775466
    sqrt_n = int(np.sqrt(n)) + 1

    # initialize the sieve
    s = np.full(n + 1, -1, dtype=np.int8)
    s[2] = 1
    s[3] = 1

    # put in candidate primes:
    # integers which have an odd number of
    # representations by certain quadratic forms
    for x in range(1, sqrt_n):
        x2 = x * x
        for y in range(1, sqrt_n):
            y2 = y * y
            k = 4 * x2 + y2
            if k <= n and (k % 12 == 1 or k % 12 == 5): s[k] *= -1
            k = 3 * x2 + y2
            if k <= n and (k % 12 == 7): s[k] *= -1
            k = 3 * x2 - y2
            if k <= n and x > y and k % 12 == 11: s[k] *= -1

    # eliminate composites by sieving
    for k in range(5, sqrt_n):
        if s[k]:
            k2 = k*k
            # k is prime, omit multiples of its square; this is sufficient because
            # composites which managed to get on the list cannot be square-free
            for i in range(1, n // k2 + 1):
                j = i * k2 # j ∈ {k², 2k², 3k², ..., n}
                s[j] = -1
    return np.nonzero(s>0)[0]

# initial run for "compilation" 
nb_primes(10)

时机

In[10]:
%timeit nb_primes(1_000_000)

Out[10]:
2.47 ms ± 36.5 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)

In[11]:
%timeit nb_primes(10_000_000)

Out[11]:
33.4 ms ± 373 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10 loops each)

In[12]:
%timeit nb_primes(100_000_000)

Out[12]:
828 ms ± 5.64 ms per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)

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)]