C++错误中的Miller Rabin Primality测试
Miller Rabin Primality test in C++ bug?
我目前正在解决Project Euler问题216。首先,我在Python中实现了Miller-Rabin素性测试:
alist=[2,3,5,7,11,13,17,19,23]
def isPrime(n):
s=0
d=n-1
while not d&1:
s+=1
d/=2
for a in alist:
if a>=n:continue
compo=True
val=pow(a,d,n)
if val==1 or val==n-1:continue
for r in range(s-1):
val=val*val%n
if val==n-1:
compo=False
break
if(compo):return False
return True
N=10000
cnt=0
for i in range(2,N+1):
if isPrime(2*i*i-1):cnt+=1
print cnt
这看起来不错,因为PE中N=10000匹配的例子。但是python比C++慢,所以我把这段代码翻译成了C++。在Problem中,N=5e7,所以我们应该使用long long
64位int,对于指数,我们应该使用128位int
#include <cstdio>
long long list[9]={2,3,5,7,11,13,17,19,23};
long long exp(int a,long long d,long long n){
if (d==0)return 1LL;
if (d&1){
__int128_t tmp=exp(a,d-1,n);
return tmp*a%n;
//return exp(a,d-1,n)*a%n
}
__int128_t tmp=exp(a,d/2,n);
tmp=tmp*tmp%n;
return tmp;
}
bool isPrime(long long n){
int s=0;
long long d=n-1;
while(!d&1){
s++;
d/=2;
}
for(int i=0;i<9;i++){
int a=list[i];
if(a>=n)continue;
bool com=true;
long long val=exp(a,d,n);
if (val==1||val==n-1)continue;
for (int r=0;r<s-1;r++){
__int128_t tmp=val;
tmp=tmp*tmp%n;
val=tmp;
if (val==n-1){
com=false;
break;
}
}
if(com)return false;
}
return true;
}
int main(){
long long N=10000;
int cnt=0;
for(long long i=2;i<=N;i++){
if (isPrime(2LL*i*i-1))cnt++;
}
printf("%d n",cnt);
return 0;
}
这是确定性代码,因为如果n<3825123056546413051,已经证明它足以测试a=2、3、5、7、11、13、17、19和23。
但令人惊讶的是,它打印了2203,而python打印了2202。我测试了小数字(<1e7)的素性,没有问题。我猜这个小小的差异并不意味着我的代码有严重的错误,比如整数溢出,而是在使用128位整数时出现了一些错误。
此外,我试图确定是否存在任何整数溢出证据,如果isPrime
方法中的val得到<0,然后断言,但它没有断言N=1e6。
为什么会出现此错误?我在Windows上使用了g++4.6.3。
经过一些调试,我发现C++说2*1939*11939-1是素数,但实际上不是。
错误在以下行:
while(!d&1)
如果您查看C++的运算符优先级,您会发现!
的优先级为3
,而&
的优先级仅为10
。这意味着条件!d&1
被解析为(!d)&1
。但你实际上想要!(d&1)
。
对于未来,你怎么能发现这样的错误?简单地并行运行两个代码并比较其中的一些值。既然你写了i = 1939
是坏情况。我只是在while循环后创建了一个断点,并比较了s
和d
的值,注意到它们在Python版本和C++版本中是不同的。如果你不想使用调试器,你可以简单地在两个代码中插入一行,打印s
和d
的值。