如果你可以控制N，列出所有质数的最快方法就是预先计算它们。认真对待。预计算是一种被忽视的优化方法。

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

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

下面是我在Python中通常用来生成质数的代码:

$ python -mtimeit -s'import sieve' 'sieve.sieve(1000000)' 
10 loops, best of 3: 445 msec per loop
$ cat sieve.py
from math import sqrt

def sieve(size):
 prime=[True]*size
 rng=xrange
 limit=int(sqrt(size))

 for i in rng(3,limit+1,+2):
  if prime[i]:
   prime[i*i::+i]=[False]*len(prime[i*i::+i])

 return [2]+[i for i in rng(3,size,+2) if prime[i]]

if __name__=='__main__':
 print sieve(100)

它不能与这里发布的更快的解决方案竞争，但至少它是纯python。

谢谢你提出这个问题。我今天真的学到了很多东西。

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。

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