篩子算法之golang實現(xiàn)求素數(shù)解析

最近在熟悉go相關(guān)方面的知識,在這本書看到協(xié)程通道的一個demo珊佣, 短短幾行代碼蹋宦,本人才疏學(xué)淺理解了大半天才把思路縷明白, 領(lǐng)悟之后頓感這幾行代碼的算法精妙咒锻、行行珠璣

package main

import "fmt"

// Send the sequence 2, 3, 4, ... to channel 'ch'.
func generate(ch chan int) {
    for i := 2; ; i++ {
        ch <- i // Send 'i' to channel 'ch'.
    }
}

// Copy the values from channel 'in' to channel 'out',
// removing those divisible by 'prime'.
func filter(in, out chan int, prime int) {
    for {
        i := <-in // Receive value of new variable 'i' from 'in'.
        if i%prime != 0 {
            out <- i // Send 'i' to channel 'out'.
        }
    }
}

// The prime sieve: Daisy-chain filter processes together.
func main() {
    ch := make(chan int) // Create a new channel.
    go generate(ch)      // Start generate() as a goroutine.
    for {
        prime := <-ch
        fmt.Print(prime, " \n")
        ch1 := make(chan int)
        go filter(ch, ch1, prime)
        ch = ch1
    }
}

簡單的把原理先說出來冷冗,感興趣的小伙伴在知道原理后可以先不要往下看,直接去看代碼理解一下:
這是一個求素數(shù)的程序惑艇,所謂素數(shù)就是除了1和自身以外蒿辙,不能整除其他自然數(shù)的數(shù),一個自然數(shù)如果不能被其它所有小于它的素數(shù)整除也稱為素數(shù),本例中就是用這些特性來求素數(shù)
設(shè)一個從二到無窮大的自然數(shù)數(shù)據(jù)流滨巴,逐級遞增思灌,先求出最小的素數(shù),拿到該素數(shù)作為篩子恭取,然后篩出比篩子大的最小素數(shù)泰偿,把這個篩選出的素數(shù)再次當作篩子,以此類推...


shaizi.png

下面分析代碼:
generate這個函數(shù)很簡單蜈垮,用作產(chǎn)生無窮個從2依次遞增的自然數(shù)

filter函數(shù)乍看也很簡單耗跛,簽名參數(shù)是兩個通道和一個已知的素數(shù)裕照,函數(shù)中是一個無限循環(huán),每一輪循環(huán)中從輸入通道in拿到待篩選的數(shù)據(jù)流调塌,然后除以素數(shù)prime,不能整除的話則把被除數(shù)放入輸出通道out牍氛,否則忽略掉被操作數(shù),然后進入下一輪循環(huán)往復(fù)操作

其實這里的filter就可以具體的看作一個個篩子了烟阐,功能就是篩出當前素數(shù)無法整除的數(shù)然后流向下一個篩子搬俊,從宏觀的角度來講,這一個個篩子剛好組成了素數(shù)隊列...

主函數(shù)main:創(chuàng)建數(shù)據(jù)流通道ch蜒茄,注意在go中通道都是以指針形式(即通道的地址)來操作的
然后在一個協(xié)程中不停的生成數(shù)據(jù)流

接下來是一個無限循環(huán)唉擂,循環(huán)中從當前的數(shù)據(jù)流通道ch取出最小的那個數(shù),這個數(shù)prime即是素數(shù)(這里應(yīng)該會有很多小伙伴產(chǎn)生疑惑)檀葛,然后創(chuàng)建一個輸出通道ch1

開啟一個協(xié)程玩祟,把輸入數(shù)據(jù)流ch、創(chuàng)建的ch1屿聋、以及剛剛拿到的素數(shù)傳入filter空扎,用來篩選數(shù)據(jù)流(在程序運行很久之后會產(chǎn)生無數(shù)個filter的協(xié)程,這一個個協(xié)程可以形象地看作一個個篩子)

在循環(huán)的最后一步润讥,把ch1賦值給ch转锈,這一步很重要,是為了下一步循環(huán)做鋪墊楚殿,所謂的賦值撮慨,即是把下一輪的數(shù)據(jù)流ch指定為本輪的輸出流ch1:本輪輸出流流向下輪輸入流,如此往復(fù)...

主函數(shù)main是比較難以理解的脆粥,在每一輪循環(huán)中都會產(chǎn)生唯一的一個素數(shù)砌溺,這個素數(shù)用來篩選出上一輪流過來的數(shù)據(jù)流并流向下一輪

// 第一輪  篩子2
3 5 7 9 11 13...
// 第二輪  篩子3
5 7 11 13...
//第三輪 篩子5
7 11 13 17 19...

每一輪數(shù)據(jù)流中最小的那個就是素數(shù),原理是:一個素數(shù)不能整除的那個比它自身大的最小的那個數(shù)就是素數(shù)<比如說素數(shù)2可以得出素數(shù)3变隔, 素數(shù)3可以得出素數(shù)5规伐, 5求出7...>

整套從程序有三個無限循環(huán)分別在三個協(xié)程中,本來很簡單匣缘,但是循環(huán)一嵌套猖闪,就會顯得復(fù)雜起來

還在迷糊的小伙伴可以把代碼拷貝加入調(diào)試信息觀察一下
已經(jīng)搞定的小伙可以看一下以上代碼的包裝版加強理解:

package main

import "fmt"

func generator() chan int{
    ch := make(chan int)
    go func() {
        for i:=2; ;i++{
            ch <- i
        }
    }()
    return ch
}

func filter3(in chan int, primer int) chan int{
    out := make(chan int)
    go func() {
        for {
            i:= <- in
            if i%primer != 0{
                out <- i
            }
        }
    }()
    return out
}


func sieve2() chan int{
    out := make(chan int)

    go func() {
        ch := generator()
        for {
            prime := <- ch
            ch = filter3(ch, prime)
            out <- prime
        }
    }()
    return out
}

func main(){
    primes := sieve2()
    for{
        fmt.Println(<-primes)
    }

}

最后普及一下golang語法的某些特點:
上例中創(chuàng)建的通道,都是默認的無緩沖通道孵户,特點是如果通道中有數(shù)據(jù)萧朝,再往通道中放數(shù)據(jù)的話,程序會一直阻塞夏哭,直到通道中的數(shù)據(jù)被取出检柬,操作不當容易產(chǎn)生死鎖問題
如果用range遍歷通道的話,如果通道中沒有數(shù)據(jù),程序會阻塞在range處何址,直到該通道被關(guān)閉

關(guān)于協(xié)程:
不了解協(xié)程的話可以把協(xié)程想象成打開一個新電腦同步運行協(xié)程中的代碼里逆,無數(shù)個協(xié)程運行即無數(shù)個電腦在運行,這些電腦(協(xié)程)之間同步通信的方式即是用通道

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