实战 Mathematica (2010-12-31)

最近迷上 Mathematica 了。我曾看过(也仅仅是瞟了几眼)Haskell、Scheme,但真正让我感受到函数式编程魅力的,却是这个或许都称不上是语言的 Mathematica 。我喜欢边学边用的那种满足感,让我们从实例开始吧。

提问(Project Euler的第37问):3797有种特别的性质:从左到右依次去掉最高位所得的数字,3797,797,97,7,均为质数;同样,从右到左依次去掉最低位所得数字也是质数,3797,379,37,3。满足这样性质的数字称为 truncatable prime 。请找出仅有的十一个 truncatable prime(2,3,5,7不算)。

回答:既然告诉了只有十一个,那就先暴力解决,拿到论坛的门票。

说明一下,(-1)^(j+1)利用了Take[list, n]的一个性质:若n>0,则返回 list 的前 n 个元素;若n<0,则返回末尾 n 个元素。

拿到门票以后,在论坛里逛了一圈也没发现为什么只有十一个 truncatable prime ,只好求救wiki了。答案其实很简单,因为 left-truncatable prime 和 right-truncatable prime 都只有有限个,其交集即为 truncatable prime 。可为什么 left-truncatable prime 只有4260个(包括2、3、5、7),而 right-truncatable prime 只有83个(包括2、3、5、7)?要知道很多 prime 变种(比如,孪生质数)都有无穷个。

要继续追问下去,就得仔细观察这两类数的构造。以 right-truncatable prime 为例,每一个 right-truncatable prime 去掉最低位后仍然是一个 right-truncatable prime ,而最小的几个 right-truncatable prime 是2,3,5,7。根据这个递归性质,并注意到 right-truncatable prime 的最低位只能是1、3、7、9,那么就可以从 {2, 3, 5, 7} 开始构造出全部 right-truncatable prime 了。例如,在2后面分别加上1、3、7、9,得21、23、27、29,是质数的有23、29,再分别添加1、3、7、9,得231、233、237、239和291、293、297、299,……这样不断用PrimeQ筛选,直至再也找不出满足条件的质数为止。

同样地,left-truncatable prime 也有相似的性质,只不过 left-truncatable prime 的末尾只能是3、7,首位可以是1到9。

自从知道了Map(黑话是/@),我就开始厌恶循环了。虽然Map不如循环好写,比较考脑力,但一旦写出来就会被它的简洁、美感所吸引。写 Mathematica 的一个体会就是,从最核心的部分开始写(在本题中是如何扩展),只要完成了这一步,其他的就是水到渠成了。

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