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質樸的C++代碼(1)因數分解

編輯:C++入門知識

本節的代碼編寫,足以顯示中規中矩的質樸的代碼風格, 雖不十分高明,但起碼無屬大雅,在下自問對得起黨,對得國家,對得起人民。本文的任務是要顯示一個自然數的質因數分解的結果,不需要涉及算法數據分析,所以可以集中精力專注於代碼的設計上。
            一般來說,程序可分為三部分,輸入,運算,輸出。所以,編寫程序的首要任務是將程序分解為三大部件,逐一地理解它們。
輸入:為一個自然數,為簡化起見,可直接在代碼中寫死進一個變量當中。
運算:將該自然數分解為一串質數,用數組來儲存這些質因子,不失為一良策
輸出:顯示該數的串質因子的連乘的式子,好比:
78 = 2 * 3 * 13
又或者
13 = 13
按此思想,可以快速地寫出這個程序的骨架了。


int main()
{
    const int NUM_SIZE = 10;
    int num = 1178;
    int products[NUM_SIZE] = { 0 };
   
    int count = factorize(num, products);
    display(num, products, count);
    return 0;
}
            似乎輸出部分較易解決,先搞掂它。代碼非常直白易懂,如果你堅持看不懂,只能說,你不適合寫代碼,學點其他的吧,你的專長不在這裡。

void display(int num, int products[], int count)
{
    using namespace std;
    assert(count > 0);
    cout << num << " = " << products[0];
    for (int i=1; i<count; i++)
        cout << " * " << products[i];
    cout << endl;
}

            很明顯,factorize為本程序的運算部分,也為核心所在,其中數組的大小並沒有傳進去,那是故意的,因為這樣可以減少很多不必要的代碼,當函數對數組的大小要求不大時,我們完全可以假設數組足夠大,這足以解決大部分的問題,特別是寫自己模塊的時候。如果事事都要求吹毛求疵,那是相當痛苦的事情。
            那麼該如何分解質因數呢?撇開代碼,先思考我們自己是如何分解質因數的。如果用人腦都無法解決此問題,就算搬出多少流程圖,多少算法語言,都無濟於事,如果有了問題的算法,最清晰的表達方式依然是代碼本身。自打接觸程序設計到現在,我一直嚴重鄙視流程圖等東西。幸好因數分解的方法並不難,其法如下:從2開始,一個質數一個質數地逐個整除待分解之數N,如果取遍了N以內的所有質數,都無法整除它,即表示N是一質數,分解結束。如果可以整除,那就表示該質數為N之一因子,將其記下來,N也隨之取為整除的商,再次重復此步驟,一直到N變成一質數。最後匯總所有能夠整除的質數因子,連同最後的N。還沒忘記因數分解的同學,相信會明白上面的意思。
            現在的問題,是如何將上面的算法翻譯成C++表達式。琢磨一下,發現最後匯總質數因子的時候,還要匯總最後的N,這兩步其實是同一回事,其實當N為質數時,N為其自身的一因子,因此,最後一步,可直接簡化為匯總全部的質數因子,只要在整除的過程中,多做一步運算,將N存起來即可。因此,上面的分解方法可變換為,用N以內包括N本身的所有質數整除N,重復此整除過程,直到N變為1為止。很明顯,這對應於一個循環,且此循環的條件是必須N>1。
           接下來,就要考慮當質數能夠整除N時,程序將做那些事情。1、N = N/質數;2、記下質數。
            那麼是否必須要求用質數來整除N呢?其實沒必要,只要用小於或等於N以內的所有大於1的自然數來整除N就可以保證到N以內的所有質數了,這樣雖然效率低了那麼一點點,但代碼更易於編寫,清晰度更高,編碼時一定要抵制那種不顧一切地優化的沖動。無傷大雅之時,沒必要精益求精。因數分解的代碼如下:

int factorize(int num, int products[])
{
    assert(num > 1);
    const int MINNEST_PRIME = 2;
    int count = 0;
    while (num > 1)
    {
        int prime = MINNEST_PRIME;
        while (num%prime != 0)
            prime++;
        num /= prime;
        products[count++] = prime;
    }
    return count;
}
 

將以上代碼組織起來,添加必要的頭文件,感受一下辛苦的勞動果實吧,很有成就感!


 

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