第一種：剔除2 3 4 5 6 ... ... 的倍數

在i從2開始的增一變化過程中，剔除i的倍數即j*i（j是大於等於2的自然數，j的上限是問題規模M）
為了減少重複步驟，可以每當i遞增到等於第一個沒有被剔除的（素）數時再剔除該數的倍數，
重複上述過程至i到達問題規模m的平方根+1

需要說明的三個問題：
假設迴圈到第n個數，如果該數沒有被剔除，那麼該數不能是前邊所有數的倍數，該數更不可能是後邊數的倍數，該

數就是素數。
如果該數是合數卻沒被剔除，那麼該數能分解為兩個小於該數的數的積的形式，而前邊剔除的數包含了所有小於該

數的數之間的積，這是矛盾的。

為什麼篩選迴圈的第一層只迴圈至問題規模m的平方根+1
因為，對於一個數m，所有大於該數平方根的數的積已經大於該數了，再剔除下去只是多餘。

為什麼篩選迴圈的第二層只迴圈至MAX/i？
因為此時j*MAX/i就等於MAX，此時需要標記為錯誤的數已經到了問題的規模即MAX，沒有必要在標記比MAX大的值不

是素數，此外用來標記i*j不是素數的陣列只有MAX+1的容量，這樣做是向不是自己申請的記憶體空間裡寫資料，是危

險的。

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <cmath>
using namespace std;
const int MAX=1000;

int main()
{
     int i=0,j=0,n=sqrt(MAX)+1;
     int a[MAX+1]={0};

     for(i=2;i<=n;i++)  //篩選迴圈
       for(j=2;j<=MAX/i;j++)
           a[j*i]=1;

      
     for(i=2;i<=MAX;i++)
        if(a[i]==0)
        {
          cout.width(7);
          cout<<i<<" ";
        }
     system("pause");
     return 0;
     
}
 

用a[i*j]來標記i*j不是素數，這一個相對來說比較容易想到

再來看看下一個(第二種，稍作了優化)

#include<stdio.h>
#include<math.h>
#define MAX_P  500
int nList[MAX_P] = {0};
void Calc() 
{
    int n,p,t,sq=(int)sqrt(MAX_P*2+1);
    for (n=3;n<=sq;n+=2)
    {
        if (nList[n>>1]) continue;
        for (t=n*n;t<=MAX_P<<1;t+=n<<1) //篩選迴圈
            nList[t>>1] = 1;
    }
    printf("%5d", 2);
    for (n=t=1;t<MAX_P;++t)
    {
        if (nList[t]) continue;
        printf("%5d", (t<<1)+1);
        if (++n==10)
        {
            printf("\n");
            n=0;
        }
    }
}
int main(void)
{
    Calc();
    getchar();
    return  0;
}
 

這個程式的方法是通過排除3 5 7 9 11 ... ...中的素數n的奇數倍來排除素數的
用陣列nList中的第[t/2]個元素的值（取1)來標記t不是素數。

1、為什麼是奇數的倍數？
首先我們假設這個演算法是正確的。由於素數除了2都是奇數，那麼每次送入篩選迴圈的n值都是奇數，排除t時t的遞

增表示式可寫為
for（int i=0；i<MAX_P/2;i++）
    t=n*（n+2i）
n是奇數n+2i也是奇數。這與演算法的思想是一致的。

2、為什麼3 5 7 9 11 ... ...中的素數n的倍數（奇數）要從n開始？

就是說從1開始和從n開始的效果是一樣，或者說n以前的奇數乘n都可以等於n以前（比n小的）素數的更大（比n大的

）奇數倍數。由於n是奇數，可以設n以前（比n小的）的奇數為n-2i，比n大的奇數為n+2j；那麼我們的任務就是，

證明n*（n-2i）可以等於m*（n+2j），其中m為小於n的素數，i、j都是正整數。即n（n-m）=2mj+2ni。這有變成證

明n-m是偶數，這是顯然的，兩個奇數之差必然是偶數。

3、為什麼篩選迴圈剔除了所有的非素數？

不管該演算法正確與否，3 5 7 9 11 ... ...中的任意n的奇數倍都排除了某些合數。
首先我們假設n迴圈至某個n時，為合數卻沒有剔除，那麼n可以分解因數為多個素數且是奇數（由於n是從3開始的奇

數）的積，當然也可表示為一個素數a與一個奇數b的積的形式，那麼這個a必然是小於n的素數。這個素數的奇數倍

就必然在前次迴圈中排除了。這與沒有被剔除矛盾。所以該演算法正確

最後我們來看看，第三種

#define MAX_N 1000
int a[MAX_N+1];
int p[MAX_N+1];
int nCount=0;

void Init(int n) //線性篩法，不過在小範圍上(約n<1e7)不比上一個方法快
{
    for (int i=2;i<=n;i++)
    {
        if (a[i]==0)
        {
            p[++nCount]=i;
        }
        for (int j=1,k; (j<=nCount) && (k=i*p[j])<=n; j++) //篩選迴圈
        {
            a[k] = 1 ;
            if (i%p[j] == 0) break;
        }
    }
}

#include <iostream>
int main(void)
{
    Init(MAX_N);
    for(int n=1; p[n]>1; ++n)
    {
        printf("%5d", p[n]);
    }
    return 0;
}

這一種可以說是對前種演算法的直接變形
用a[k]=1來標記k不是素數
第一種是用篩選出來的正確的數（即素數）的倍數剔除合數

第二種是用2到n乘篩選出正確的數，即素數

如果你不以為然，我可以把for (n=3;n<=sq;n+=2)該為（n=3;n<sq;n++）
著就和第一種演算法接近了一些，既然第一中和第二中被證明是正確的，那麼這一種就也是正確的。
如果能夠證明if (i%p[j] == 0) break;這一句新增進去是合理的

這句可解釋為當i第一次成為所挑選出來的正確的素數遞增序列的某個數（設為n）的整數倍時，就沒有必要讓i在去

乘遞增素數序列裡的比n大的素數，這又可以等價於 i乘比n大的合適的素數（設為max）可以等於比i大的整數（設

為j）乘比n小的素數（設為min），且這個j不是m的整數倍，即i*max=j*min；
又可以等價與j=i*max/min是一個不是min倍數的整數，根據以前做因式分解的經驗一個整數必然能分解為一個遞增

的素數序列的積，如果我們假設i*max是這麼一個整數，max是因數遞增序列中稍大的素數，則min只要是遞增序列中

小於max的素數，就能使j為整數，很顯然min包含於所有小於max的素數中，自然j是個整數，
又由於i不是max的倍數，max又不是min的倍數（如果是，max是素數嗎？）那麼i必然是min的倍數，又i是第一次成

為所挑選出來的正確的素數遞增序列的某個數（設為n）的整數倍，i必然不是min平方的倍數，即i/min不是min的倍

數，i/min*max也不是min的倍數
至此就證明了if (i%p[j] == 0) break;這一句新增進去是合理的