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“从张涛展示的数据看,随着N增大,我们‘划掉’的次数增加得很快。
那么,这个次数和N之间,大概是什么关系呢?
能不能找到一个简单的办法来估计它?”
他引导大家将目光聚焦在“划掉次数”
近似等于“非素数个数”
这一首观理解上。
“我们知道,素数会越来越‘稀疏’。”
苏白切换PPT,展示了一个简单的示意图和比例模型:
“可以粗略认为,在1到N之间,素数的比例大约是1ln(N)。
那么非素数的比例大约是1-1ln(N)。
所以,划掉次数大致可以估计为N×(1-1ln(N))。”
他在白板上写下了这个简单的估算式:工作量≈N(1-1ln(N))。
“我们用这个式子估算了一下N=50和N=100的情况,和实际记录次数在量级上是接近的。”
他展示了对比数据。
然后,他话锋一转,提到了更深层的思考:
“当然,这是一个非常粗略的估计。
李浩同学查阅资料发现,更精确的分析需要用到更复杂的数学工具,比如涉及对数和连乘的表达式。”
他展示了那个更复杂的公式片段,但没有深入解释:
“这超出了我们目前的学习范围,但告诉我们,数学工具越强大,对问题的刻画就能越精确。”
最后,他总结了这次探究的收获:
不仅掌握了筛法这一古老算法,更体验了从具体操作到抽象分析、从首观估计到追求精确的数学研究过程。
他还提出了几个拓展思考方向,如筛法的计算机实现、更高效的筛法变种等。
苏白的讲解深入浅出,逻辑清晰,既有首观易懂的模型,又展示了数学的深度和魅力,将相对专业的课题讲得生动而富有启发性。
台下同学们听得十分专注,不少人都露出了恍然大悟的表情。
提问环节,气氛热烈。
有同学问:“为什么从素数的平方开始划就能避免重复?”
林薇薇拿起粉笔,在黑板上画了个简单的例子:
“比如数字6,它是2的倍数,也是3的倍数。
如果我们划2的倍数时从2开始划,划掉了6;划3的倍数时如果也从3开始划,就会再划一次6。
但如果划3的倍数时从9开始划,就跳过了6,避免了重复。”
首观的演示赢得了大家的掌声。
还有同学问:“这个筛法除了找素数还能干嘛?”
苏白回答:
“筛法的思想可以推广到其他数学问题中,比如在数论中寻找具有特定性质的数集,其核心的‘筛选’思想在计算机科学、密码学等领域也有重要应用。”
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