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素数伴侣

[编程题]素数伴侣
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  • 算法知识视频讲解

题目描述
若两个正整数的和为素数,则这两个正整数称之为“素数伴侣”,如2和5、6和13,它们能应用于通信加密。现在密码学会请你设计一个程序,从已有的 N ( N 为偶数)个正整数中挑选出若干对组成“素数伴侣”,挑选方案多种多样,例如有4个正整数:2,5,6,13,如果将5和6分为一组中只能得到一组“素数伴侣”,而将2和5、6和13编组将得到两组“素数伴侣”,能组成“素数伴侣”最多的方案称为“最佳方案”,当然密码学会希望你寻找出“最佳方案”。

输入:

有一个正偶数 n ,表示待挑选的自然数的个数。后面给出 n 个具体的数字。

输出:

输出一个整数 K ,表示你求得的“最佳方案”组成“素数伴侣”的对数。


数据范围: ,输入的数据大小满足

输入描述:

输入说明
1 输入一个正偶数 n
2 输入 n 个整数



输出描述:

求得的“最佳方案”组成“素数伴侣”的对数。

示例1

输入

4
2 5 6 13

输出

2
示例2

输入

2
3 6

输出

0
推荐
OK,我们把这个话题终结一下。

所有想着动态规划的,你们放弃吧,不是这么玩的。

考虑使用图论的方法来给这个题建模。
100个数看成100个点,如果这两个数加起来的和是素数,给这两个数中间连一条边。
之后,我们要选择尽可能多的边,要求这些边不共享端点。
——这个东西呢,叫做一般无向图的最大匹配。

但是,一般无向图的最大匹配,这个算法的难度,有点,大……
这个问题,合适的算法叫,带花树开花算法。
现场推完这么多,写一个正确的,有点不科学……

我们考虑再分析一下这个题
注意到,每个数的取值范围是[2,30000]
素数,除了2是偶数,其他是奇数——而现在不可能出现2了,所以我们只考虑奇数的素数
2个数的和是奇数,有什么情况呢?
只有奇数+偶数
所以,我们把这些数分成2堆——奇数和偶数,然后在他们中间,和是素数的,连上一条边,然后做匹配。
——肯定有人会说,你这个和前面的建图有什么本质不同的地方吗?
——是没有,但是我们说明了得到的图一定是二分图,这是有意义的。
因为对二分图的最大匹配,有一个简单很多的算法,匈牙利算法。

我们先说明一下,什么是二分图。
二分图就是,你可以把图上的点分成2堆,每堆之内的点不会有边,2堆之间,才可能连边。换句话说,一条边,必定连2个来自不同堆的点。
现在,对每条边,一定连一个奇数,一个偶数,点能按奇数和偶数分成两部分,刚好就是二分图嘛!

有关二分图匹配的匈牙利算法,具体请自行搜索,这里扯一下我个人对这个算法的理解。

外层,暴力考虑左边每个点
对枚举的每个左边的点,要找右边一个点来匹配。
那就是对左边的点,我们看他连出去的边,或者说,能连到的右边的点
有2种情况:
1、右边的点没人匹配——我直接贪心匹配上去
2、右边的点有人匹配——考虑把目前与这个右边的点 x 匹配的左边的点 pre[x],重新匹配一个其他的点,如果成功了,那pre[x]原来匹配的点x就释放开了,我可以直接占领上去。
最后统计匹配成功多少个左边的点就行了。

匈牙利算法真的还是很短的,比你写一个红黑树轻松多了:
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>
#include <math.h>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;

vector<int> G[105];

bool flag[105];
int pre[105];

bool dfs(int k){
    int x;
    for(int i=0;i<G[k].size();i++){
        x=G[k][i];
        if (flag[x]) continue;
        flag[x]=true;
        if((pre[x]==0)||dfs(pre[x])){
            pre[x]=k;
            return true;
        }
    }
    return false;
}

bool isprime[80000];
int nums[105];

int main(){
    memset(isprime,1,sizeof(isprime));
    isprime[0]=isprime[1]=false;
    for(int i=4;i<80000;i+=2)isprime[i]=false;
    for(int i=3;i*i<80000;i+=2)
        if(isprime[i]){
            for(int j=i*i;j<80000;j+=2*i) isprime[j]=false;
        }
    int n;
    while(~scanf("%d",&n)){
        for(int i=1;i<=n;i++){
            scanf("%d",&nums[i]);
        }
        for(int i=1;i<=n;++i){
            for(int j=i+1;j<=n;++j){
                if(isprime[nums[i]+nums[j]]){
                    (nums[i]&1)?G[i].push_back(j):G[j].push_back(i);
                }
            }
        }

        memset(pre,0,sizeof(pre));
        int ans=0;
        for(int i=1;i<=n;i++){
            memset(flag,false,sizeof(flag));
            if (dfs(i)) ans++;
        }
        printf("%d\n",ans);
        
        for(int i=1;i<=n;++i){
            G[i].clear();
        }
    }
    return 0;
}

(当然,你用网络流做二分图最大匹配,没人拦你。)

最后,给好学的人:
一般图匹配(牛刀)来做这个题(杀鸡)的代码:
带花树开花的模板 CopyRight Claris(http://www.lydsy.com/JudgeOnline/userinfo.php?user=Claris
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<queue>
using namespace std;
const int N=510;
int n,m,x,y;vector<int>g[N];
namespace Blossom{
    int mate[N],n,ret,nxt[N],f[N],mark[N],vis[N];queue<int>Q;
    int F(int x){return x==f[x]?x:f[x]=F(f[x]);}
    void merge(int a, int b){f[F(a)]=F(b);}
    int lca(int x, int y){
        static int t=0;t++;
        for(;;swap(x,y)) if(~x){
            if(vis[x=F(x)]==t) return x;vis[x]=t;
            x=mate[x]!=-1?nxt[mate[x]]:-1;
        }
    }
    void group(int a, int p){
        for(int b,c;a!=p;merge(a,b),merge(b,c),a=c){
            b=mate[a],c=nxt[b];
            if(F(c)!=p)nxt[c]=b;
            if(mark[b]==2)mark[b]=1,Q.push(b);
            if(mark[c]==2)mark[c]=1,Q.push(c);
        }
    }
    void aug(int s, const vector<int>G[]){
        for(int i=0;i<n;++i)nxt[i]=vis[i]=-1,f[i]=i,mark[i]=0;
        while(!Q.empty())Q.pop();Q.push(s);mark[s]=1;
        while(mate[s]==-1&&!Q.empty()){
        int x=Q.front();Q.pop();
        for(int i=0,y;i<(int)G[x].size();++i){
                if((y=G[x][i])!=mate[x]&&F(x)!=F(y)&&mark[y]!=2){
                    if(mark[y]==1){
                        int p=lca(x,y);
                        if(F(x)!=p)nxt[x]=y;
                        if(F(y)!=p)nxt[y]=x;
                        group(x,p),group(y,p);
                    }else if(mate[y]==-1){
                        nxt[y]=x;
                        for(int j=y,k,l;~j;j=l)k=nxt[j],l=mate[k],mate[j]=k,mate[k]=j;
                        break;
                    }else nxt[y]=x,Q.push(mate[y]),mark[mate[y]]=1,mark[y]=2;
                }
            }
        }
    }
    int solve(int _n, const vector<int>G[]){
        n=_n;memset(mate, -1, sizeof mate);
        for(int i=0;i<n;++i) if(mate[i]==-1)aug(i,G);
        for(int i=ret=0;i<n;++i)ret+=mate[i]>i;
        printf("%d\n",ret);
        //for(int i=0;i<n;i++)printf("%d %d\n",i+1,mate[i]+1);
        return ret;
    }
}
bool isprime[80000];
int nums[105];
int main(){
    memset(isprime,1,sizeof(isprime));
    isprime[0]=isprime[1]=false;
    for(int i=4;i<80000;i+=2)isprime[i]=false;
    for(int i=3;i*i<80000;i+=2)
        if(isprime[i]){
            for(int j=i*i;j<80000;j+=2*i) isprime[j]=false;
        }
    while(~scanf("%d",&n)){
        for(int i=0;i<n;i++){
            scanf("%d",&nums[i]);
        }
        for(int i=0;i<n;++i){
            for(int j=i+1;j<n;++j){
                if(isprime[nums[i]+nums[j]]){
                    g[i].push_back(j);
                    g[j].push_back(i);
                }
            }
        }
        Blossom::solve(n,g);
        for(int i=0;i<n;++i){
            g[i].clear();
        }
    }
}

最后吐槽:华为这题出得都快和微软一个尿性了,二分图匹配和DAG上求支配者树,这个都不怎么好想出来的,硬生生想出来的,这个值得膜一膜,但是做出这个题的人,更多情况是,学过这个东西吧?
(你看这题的讨论区,多少人跳进了dp的大坑爬不出来?)
于是这是笔试题/面试题从一个极端走向另一个极端(从语言和库知多少,走向算法知识知多少
编辑于 2016-09-10 13:03:39 回复(47)
# 最大匹配问题,尤其是在 二分图 中,通常不通过传统的动态规划方法来解决。相反,最大匹配问题更适合使用 图论算法,如 匈牙利算法 或 Hopcroft-Karp算法。

# 二分图匹配问题
import math

# 判断一个数是否为素数
def is_prime(x):
    if x < 2:
        return False
    if x == 2:
        return True
    for i in range(3, int(math.sqrt(x)) + 1,2):
        if x % i == 0:
            return False
    return True

# 匈牙利算法核心函数,尝试为偶数节点找到一个匹配的奇数节点
def bpm(u, graph, seen, match_to_V):
    for v in graph[u]:
        if not seen[v]:
            seen[v] = True
            # 如果奇数节点v未被匹配,或者可以为其找到其他匹配
            if match_to_V[v] == -1&nbs***bsp;bpm(match_to_V[v], graph, seen, match_to_V):
                match_to_V[v] = u
                return True
    return False

# 主函数,处理输入并寻找最大匹配对数
def max_prime_pairs(nums):
    # 将输入分为奇数和偶数
    odds = []
    evens = []
    for num in nums:
        if num % 2 == 0:
            evens.append(num)
        else:
            odds.append(num)
    
    # 构建二分图的邻接表,graph[u] 存储偶数u能配对的奇数v的索引
    graph = [[] for _ in range(len(evens))]
    for i, even in enumerate(evens):
        for j, odd in enumerate(odds):
            if is_prime(even + odd):
                graph[i].append(j)
    
    # 初始化匹配数组,-1表示未匹配
    match_to_V = [-1] * len(odds)
    result = 0
    
    # 对每个偶数节点尝试找到匹配
    for u in range(len(evens)):
        seen = [False] * len(odds)
        if bpm(u, graph, seen, match_to_V):
            result += 1
    
    return result

# 读取输入
if __name__ == "__main__":
    import sys
    input = sys.stdin.read().split()
    ptr = 0
    while ptr < len(input):
        if ptr >= len(input):
            break
        n = int(input[ptr])
        ptr += 1
        if ptr + n > len(input):
            break
        nums = list(map(int, input[ptr:ptr + n]))
        ptr += n
        # 调用函数并输出结果
        print(max_prime_pairs(nums))

发表于 2024-09-23 19:09:15 回复(0)
求助大家,有一组样例无法通过
n = int(input())
arr = list(map(int, input().split()))


n1,n2 = [],[]
g = {}
st = [False]*30010
match = [0]*30010
res = 0
# 二分图的最大匹配数, 关键点在于点集的选取

def is_prime(num):
    if num <= 1:
        return False
    for i in range(2, int(num**0.5) + 1):
        if num % i == 0:
            return False
    return True

def find(x):
    global g,match,st
    for j in g[x]:
        if not st[j]:
            # 标记n2点已经被遍历过
            st[j] = True
            if match[j] == 0&nbs***bsp;find(match[j]):
                match[j] = x
                return True
    return False

# 建图
for i in range(len(arr)):
    for j in range(len(arr)):
        if is_prime(arr[i] + arr[j]):
            if arr[i] not in g.keys():
                g[arr[i]] = [arr[j]]
            else:
                g[arr[i]].append(arr[j])

# 二分
for a in g.keys():
    # 可以分为奇数与偶数
    if a%2 == 1:
        n1.append(a)
    else:
        n2.append(a)
# 匈牙利算法得最大值,将不能作为素数伴侣的点作为一边
for i in range(len(n1)):
    # 每次遍历时初始化st数组为False;!!!st[j]存的是右半部分的节点j是否被访问过
    st = [False]*30010
    if find(n1[i]):
        res+=1

print(res)


发表于 2024-04-22 22:24:53 回复(0)
import sys


"""
匈牙利算法:先到先得,能让则让
"""

n=int(input())
data=list(map(int,input().split()))
# print(data)
def odd_is_prime(odd):
    """
    只可能奇数+偶数为素数,奇数+偶数又是奇数,所以只用判断奇数
    """
    for i in range(3,int(odd**0.5)+2,2):
        if odd%i==0:
            return False
    return True

def matrix(odds,evens):
    """
    素数矩阵,能配对的置为1
    """
    l=[[0 for _ in evens] for _ in odds]
    for r,o in enumerate(odds):
        for c,e in enumerate(evens):
            if odd_is_prime(o+e):
                l[r][c]=1
    return l

def find(oi,evens,matrix,used_e,connect_e):
    """
    给奇数配对
    """
    for ei in range(len(evens)):
        # 可以配对,而且偶数没有被使用过
        if matrix[oi][ei]==1 and used_e[ei]==0:
            used_e[ei]=1  # 标记一下,此偶数被使用了
            # 如果偶数未被配对,或者 被配对的奇数还可以找到其他偶数配对
            # connect_e[] 里放的是配对的奇数
            if connect_e[ei]==-1&nbs***bsp;find(connect_e[ei],evens,matrix,used_e,connect_e):
                connect_e[ei]=oi
                return 1
    return 0

odds=[]
evens=[]

# 奇偶分组
for e in data:
    if e%2==0:
        evens.append(e)
    else:
        odds.append(e)

m=matrix(odds,evens)

connect_e=[-1 for _ in evens]  

count=0

for oi in range(len(odds)):
    used_e=[0 for _ in evens]
    if find(oi,evens,m,used_e,connect_e):
        count+=1
print(count)















































发表于 2024-04-11 18:10:30 回复(0)
import math
n=int(input())
a=input().split(' ')
num=list(map(int,a))
od=list(filter(lambda x:x%2==1,num))
ev=list(filter(lambda x:x%2==0,num))
def check(num):
    for i in range(2,int(math.sqrt(num)+2)):
        if num%i==0:
            return False
    return True
s=[[0]*len(od) for i in range(len(ev))]

for i in range(len(ev)):
    for j in range(len(od)):
        if check(ev[i]+od[j]):
            s[i][j]=1
aa=[]
def find(lodd,choose,evei,s,ss):
    for j in range(lodd):
        if s[evei][j]==1 and ss[j]==0:
            ss[j]=1
            if j not in choose&nbs***bsp;find(lodd,choose,choose.index(j),s,ss):
                if evei>=len(choose):
                    choose.append(j)
                else:
                    choose[evei]=j
                return True
    return False
con=0
for i in range(len(ev)):
    ss=[0]*len(od)
    if find(len(od),aa,i,s,ss):
        con+=1
print(con)

编辑于 2024-04-01 21:57:11 回复(0)
def is_prime(num):
    if num <= 1:
        return False
    if num == 2:
        return True
    if num % 2 == 0:
        return False
    for i in range(3, int(num ** 0.5) + 1, 2):
        if num % i == 0:
            return False
    return True

def find_prime_pairs_count(numbers):
    n = len(numbers)
    match = [-1] * n  # 存储匹配的数字,初始化为-1表示未匹配
    visited = [False] * n  # 记录数字是否已经匹配

    def dfs(x):
        for y in range(n):
            if not visited[y] and is_prime(numbers[x] + numbers[y]):
                visited[y] = True
                if match[y] == -1 or dfs(match[y]):
                    match[y] = x
                    return True
        return False

    count = 0
    for i in range(n):
        visited = [False] * n
        if dfs(i):
            count += 1

    return count // 2  # 每对数字会被计算两次,所以需要除以2

# 读取输入
n = int(input())
input_numbers = list(map(int, input().split()))

# 处理数据并输出结果
result = find_prime_pairs_count(input_numbers)
print(result)

发表于 2023-08-30 19:37:50 回复(0)
from math import sqrt

def is_prime(x):   # 判断素数
    if x == 2:
        return True
    else:
        for i in range(2,int(sqrt(x))+1):
            if x % i == 0:
                return False
        return True

# 匈牙利算法 :用奇数挨个匹配偶数,偶数没有素数伴侣直接被匹配,有的话问问这个这个偶数当前的素数伴侣能不能让让
def f1(m:int,lr:list[list[int]],vis:list[int]):
    for j in range(len(lr)):
        if vis[j]==1:
            continue
        if is_prime(m+lr[j][0]):
            vis[j] = 1    # 这里必须先吧vis[j] 置为1 不然容易死循环
            if lr[j][1] == 0&nbs***bsp;f1(lr[j][1],lr,vis) :
                lr[j][1] = m  
                return True
    return False

n = int(input())
l = list(map(int,input().split(' ')))
ll = []   # 奇数列表
lr = []   # 偶数及其伴侣列表
for item in l:
    if item % 2 == 0:
        lr.append([item, 0])  # 第二位储存 当前偶数的素数伴侣
    else:
        ll.append(item)

count = 0
for item in ll:
    vis = [0] * len(lr)
    if f1(item,lr,vis):
        count += 1

print(count)


发表于 2023-07-19 00:49:50 回复(0)
def isprime(n):
    if n<2:
        return False
    for i in range(2,int(n**(1/2))+1):
        if n%i==0:
            return False
    return True
input()
ipt = map(int, input().split())
even, odd = [], []
for i in ipt:
    if i % 2 == 0:
        even.append(i)
    else:
        odd.append(i)

match=[-1 for j in range(len(odd))]

def fn(i):
    for j in range(len(odd)):
        if isprime(even[i]+odd[j]) and j not in v:
            v.add(j)
            if match[j]==-1&nbs***bsp;fn(match[j]):
                match[j]=i
                return True
    return False
ans=0
for i in range(len(even)):
    v=set()
    if fn(i):
        ans+=1
print(ans)

发表于 2023-06-02 13:07:09 回复(0)
1. 素数里除了2,都是奇数,所以一定是由一个偶数一个奇数组成。
2. 把数组中的奇数和偶数分开保存,建立二维数组的交叉表格,判断各个组合是否能构成素数
3. 遍历二维数组的每行,也就是偶数,利用贪心算法,每次把成功配对次数最少的那个偶数和第一个与之配对的奇数从数组里删除,直到二维数组里不存在配对的奇偶数对。
def isPrime(n):
    for i in range(3, int(n ** 0.5) + 1, 2):
        if n % i == 0:
            return False
    return True


ipt = input(), map(int, input().split())
even, odd = [], []
for i in ipt[1]:
    if i % 2 == 0:
        even.append(i)
    else:
        odd.append(i)
if not (even and odd):
    print(0)
else:
    m = [
        [1 if isPrime(even[r] + odd[c]) else 0 for c in range(len(odd))]
        for r in range(len(even))
    ]
    cnt = 0
    while sum(map(sum, m)):
        k = [float("inf"), 0]
        for r in range(len(m)):
            if 0 < sum(m[r]) < k[0]:
                k = [sum(m[r]), r]
        r, c = k[1], m[k[1]].index(1)
        even.pop(r)
        odd.pop(c)
        m.pop(r)
        for i in m:
            i.pop(c)
        cnt += 1
    print(cnt)


发表于 2023-05-03 19:11:00 回复(0)
有部分用例不能通过,求大神帮忙解答
from itertools import combinations
n = int(input())
x = list(map(int,input().split()))
a = []
for i in combinations(x,2):
    sum1 = sum(i)
    for j in range(2,sum1):
        if sum1%j == 0:
            break
    else:
        a.append(i)
count = 0
#print(a)
if len(a) > 0:
    for i in a:
        if i[0] in x and i[1] in x:
            count +=1 
            x.remove(i[0])
            x.remove(i[1])
print(count)

发表于 2022-12-25 12:13:56 回复(0)
感觉可以这样简单的处理,但是有些数据跑不过去,望大神指点一二
num = int(input())
numstrlist = input()
numlist = numstrlist.split()
numlist1 = []
numlist2 = []
nums = 0
for i in numlist:
    if int(i) % 2 == 0:
        numlist2.append(i)
    else:
        numlist1.append(i)
for i in numlist2:
    for j in numlist1:
        n = int(i) + int(j)
        for k in range(2, n):
            if n % k == 0:
                break
        else:
            nums += 1
            numlist1.remove(j)
            break
print(nums)



发表于 2022-11-18 00:29:47 回复(0)
def isprime(num):
    if num<=3: return True
    for i in range(2,int(num**0.5)+1):
        if not num%i: return False
    return True

def find(odd, visited, choose, evens):
    for j,even in enumerate(evens):  # 扫描每个待被匹配的even
        if isprime(odd+even) and not visited[j]:
            visited[j] = True
            if choose[j]==0 or find(choose[j],visited,choose,evens):
            # 如果第j位even还没被人选 或者 选它的那个odd还有别的even可以选择 那就把这位even让给当前的odd
                choose[j] = odd
                return True # 说明匹配
    return False

while True:
    try:
        n = int(input())
        nums = list(map(int,input().split(' ')))
        count = 0
        # 奇数+奇数 = 偶,偶+偶=奇数,都不能成为素数。只能奇数+偶数的组合才有可能
        odds,evens = [],[] # 把数分为奇数和偶数
        for num in nums:
            if num%2: odds.append(num)
            else: evens.append(num)
        
        choose = [0]*len(evens)  # 装 来匹配这位even的对应的odd先生
        for odd in odds:
            visited = [False]*len(evens)  # 每一次要清零(对每个待去匹配的odd来说,每个even都是新鲜的
            if find(odd, visited, choose, evens):
                count += 1
        print(count)
    except:
        break
发表于 2021-11-18 17:59:54 回复(2)