Как найти количество делителей числа python

При работе с числами в программировании зачастую бывает нужно найти количество делителей для данного числа. Например, при работе с задачами на поиск простых чисел или при вычислении наибольшего общего делителя. В этой статье мы рассмотрим несколько способов, как найти количество делителей числа в языке программирования Python.

Что такое делители числа

В математике делителем натурального числа называют все числа, на которые это число делится без остатка. Например, делителями числа 12 являются числа 1, 2, 3, 4, 6 и 12, так как 12 делится на каждое из этих чисел без остатка. Количество делителей числа может быть разным в зависимости от самого числа. Например, у числа 12 имеется 6 делителей, а у числа 17 только 2 делителя (1 и само число).

Нахождение количества делителей числа с помощью цикла и проверки на остаток от деления

Для нахождения количества делителей числа можно использовать цикл и проверку на остаток от деления. Идея заключается в том, что мы перебираем все числа от 1 до самого числа и проверяем, делится ли число на каждое из этих чисел без остатка. Если да, то это число является делителем и мы увеличиваем счетчик делителей на 1.

Вот пример кода на Python, который иллюстрирует этот подход:

num = int(input("Введите число: "))
count = 0

for i in range(1, num+1):
    if num % i == 0:
        count += 1

print("Количество делителей числа", num, "равно", count)

В этом примере мы сначала запрашиваем у пользователя число, затем проходим по всем целым числам от 1 до введенного числа (включительно) с помощью цикла for. Для каждого числа в этом диапазоне мы проверяем, является ли оно делителем введенного числа (то есть, делится ли число нацело на i). Если да, то увеличиваем счетчик делителей на 1. В конце выводим количество найденных делителей на экран.

Такой подход работает для любых чисел, включая большие числа. Однако, при больших числах он может работать медленно, поскольку требует перебора всех чисел от 1 до n. Далее мы рассмотрим более эффективные способы нахождения количества делителей числа.

Нахождение количества делителей числа с помощью математических свойств чисел

Используем свойство: Если число n имеет делитель d, то оно также имеет делитель n/d

Данный способ основан на математическом свойстве, что если число n имеет делитель d, то оно также имеет делитель n/d. Исходя из этого свойства, можно заметить, что достаточно искать делители только до квадратного корня числа n, так как все остальные делители можно получить путем деления n на найденный делитель до квадратного корня.

Таким образом, для нахождения всех делителей числа n, мы можем использовать цикл от 1 до int(sqrt(n))+1, и проверять, является ли i делителем n, если да, то добавлять i и n/i в список делителей.

Например, для числа n=100, квадратный корень из него равен 10. Поэтому, достаточно проверить делители от 1 до 11 (включая 10). Если делитель найден, то мы можем добавить его и соответствующий делитель, найденный путем деления n на найденный делитель, в список делителей. Таким образом, делители числа 100 будут: [1, 2, 4, 5, 10, 20, 25, 50, 100].

Вот пример кода на Python, который использует данный подход

import math

def count_divisors(num):
    # Инициализация счетчика делителей
    div_count = 0

    # Находим квадратный корень из числа
    sqrt_num = int(math.sqrt(num))

    # Проверяем числа от 1 до квадратного корня num
    for i in range(1, sqrt_num + 1):
        if num % i == 0:
            # Если i является делителем, увеличиваем счетчик на 1
            div_count += 1

            # Проверяем, является ли num/i также делителем (чтобы избежать дублирования)
            if i != num // i:
                div_count += 1

    # Возвращаем общее количество делителей
    return div_count

Эта функция принимает один аргумент num, который является целым числом. Она использует функцию sqrt() из модуля math, чтобы найти квадратный корень из числа, и затем проверяет все числа от 1 до этого корня на предмет деления на num. Если число делится без остатка, оно добавляется к счетчику делителей div_count. Затем функция проверяет, является ли num делителем num/i, чтобы избежать дублирования. Наконец, функция возвращает общее количество делителей.

Данный способ эффективнее, чем перебор всех чисел до n-1, так как число проверок уменьшается в два раза. Однако, при использовании больших чисел, лучше использовать другие методы, например, разложение на простые множители.

Используем разложение на простые множители

Другой способ нахождения количества делителей числа заключается в использовании его математических свойств. Если мы знаем разложение числа на простые множители, то количество делителей числа можно легко вычислить.

Действительно, пусть дано число n = p_1^k_1 * p_2^k_2 * … * p_m^k_m, где p_1, p_2, …, p_m — простые числа, а k_1, k_2, …, k_m — их степени. Тогда каждый делитель числа n можно представить в виде d = p_1^i_1 * p_2^i_2 * … * p_m^i_m, где 0 <= i_j <= k_j для всех j от 1 до m. Таким образом, общее количество делителей числа n равно произведению (k_1 + 1) * (k_2 + 1) * … * (k_m + 1).

Для примера, давайте рассмотрим число 24. Его разложение на простые множители выглядит так: 24 = 2^3 * 3^1. Тогда количество делителей числа 24 равно (3 + 1) * (1 + 1) = 8. Это означает, что у числа 24 есть 8 делителей, а именно: 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12 и 24.

Для вычисления количества делителей числа с помощью его разложения на простые множители в Python, нам необходимо воспользоваться функцией factorize() из библиотеки sympy. Она разлагает число на простые множители и возвращает список кортежей, каждый из которых содержит простой множитель и его степень. Затем мы можем вычислить количество делителей по формуле, описанной выше, и вернуть результат.

Вот пример кода, использующий функцию factorize() из библиотеки sympy для нахождения количества делителей числа:

from sympy import factorint

def count_divisors(n):
    factors = factorint(n)
    count = 1
    for factor in factors.values():
        count *= (factor + 1)
    return count

n = 24
print(f"Количество делителей числа {n}: {count_divisors(n)}")

Здесь мы сначала импортируем функцию factorint() из библиотеки sympy. Затем определяем функцию count_divisors(), которая принимает на вход число n и возвращает количество его делителей. Внутри функции мы используем функцию factorint() для разложения числа на простые множители и получаем словарь, где ключами являются простые множители, а значениями — их степени. Далее мы вычисляем количество делителей числа с помощью формулы, основанной на свойствах простых множителей, и возвращаем результат.

Затем мы просто вызываем функцию count_divisors() для числа 24 и выводим результат на экран. В данном случае результат будет равен 8, что соответствует количеству делителей числа 24 (1, 2, 3, 4, 6, 8, 12 и 24).

If your PC has tons of memory, a brute single line can be fast enough with numpy:

N = 10000000; tst = np.arange(1, N); tst[np.mod(N, tst) == 0]
Out: 
array([      1,       2,       4,       5,       8,      10,      16,
            20,      25,      32,      40,      50,      64,      80,
           100,     125,     128,     160,     200,     250,     320,
           400,     500,     625,     640,     800,    1000,    1250,
          1600,    2000,    2500,    3125,    3200,    4000,    5000,
          6250,    8000,   10000,   12500,   15625,   16000,   20000,
         25000,   31250,   40000,   50000,   62500,   78125,   80000,
        100000,  125000,  156250,  200000,  250000,  312500,  400000,
        500000,  625000, 1000000, 1250000, 2000000, 2500000, 5000000])

Takes less than 1s on my slow PC.

Делитель — это число, на которое нацело делится делимое. У делимого может быть один или несколько делителей, найти их все можно с помощью простого алгоритма, который без проблем реализуется на Python 3.

Нахождение делителей числа

С практической точки зрения будет полезно, если программа на Python не только будет находить делители числа, искать их сумму, определять минимальный и максимальный, а также простые делители.

Каждая подзадача так или иначе связана с предыдущей, поэтому код последующей программы — это немного модернизированный код предыдущей. Кроме того, весь функционал при необходимости можно объединить в одной программе.

Алгоритм нахождения очень простой. В цикле перебираются значения от делимого минус единица до двух включительно. Если делимое нацело делится на текущее значение, то оно является делителем.

Пользователь вводит целое число, делителей которого будет искать программа, тогда код выглядит так:

numb = int(input("Введите целое число: "))
print("Результат:", end = " ")
for i in range(numb - 1, 1, -1):
    if (numb % i == 0):
        print(i, end = " ")

Например, пользователь ввёл число 625. Программа начинает цикл со значения 624, в цикле проверяется, делится ли нацело 625 на 624, затем цикл переходит на следующую итерацию и работает уже с числом 623 и так до двух. Таким образом, вывод программы будет следующим:

Введите целое число: 625
Результат: 125 25 5

Простые делители числа

Простой делитель — это делитель, который делится только на единицу и самого себя. Для нахождения простых делителей с помощью Python нужно немного модернизировать программу, добавив в неё дополнительный цикл for и переменную счётчик.

Программа построена по следующему алгоритму:

1. Обнулить счётчик.
2. В цикле искать делители.
3. Если найден, искать во вложенном цикле его делители. Это для того, чтобы определить: является ли он простым.
4. Если найден, увеличить счётчик.
5. Если счётчик равен нулю, то число простое и надо вывести значение делителя в консоль.
6. Перейти на следующую итерацию внешнего цикла.

Цикл теперь выглядит так:

numb = int(input("Введите целое число: "))
print("Простые:", end = " ")
for i in range(numb - 1, 1, -1):
    is_simple = 0 # Счётчик
    if (numb % i == 0):
        for j in range(i - 1, 1, -1):
            if (i % j == 0):
                is_simple = is_simple + 1 # Увеличиваем, если находим делитель
        if (is_simple == 0): # Если делителей не было найдено, выводим
            print(i, end = " ")

Понятно, что если значение счётчика больше нуля — то число точно не простое. Можно оптимизировать немного код и сразу завершать вложенный цикл после увеличения счётчика. Для этого можно воспользоваться оператором break в условном операторе, находящемся во вложенном цикле.

Результат работы программы:

Введите целое число: 63
Простые: 7 3

Делители расположены в порядке убывания. И если надо вывести только самый большой простой делитель с помощью Python, то можно после того, как выведется первое число, воспользоваться оператором break для выхода из цикла.

Сумма делителей

Для того чтобы найти сумму всех делителей числа с помощью Python, достаточно добавить в начальную программу переменную, к которой в цикле будет прибавляться каждый найденный делитель.

Код программы:

numb = int(input("Введите целое число: "))
sum_of_dividers = 0
for i in range(numb - 1, 1, -1):
    if (numb % i == 0):
        sum_of_dividers += i
print("Сумма:", sum_of_dividers)

Результат выполнения кода:

Введите целое число: 63
Сумма: 40

Количество делителей

Этот вариант программы также лишь незначительно отличается от изначального. Для подсчёта делителей нужно ввести переменную-счётчик, к которой будет прибавляться единица каждый раз, когда условие «numb % i == 0» будет выполняться.

numb = int(input("Введите целое число: "))
count_of_dividers = 0
for i in range(numb - 1, 1, -1):
    if (numb % i == 0):
        count_of_dividers += 1
print("Количество равно:", count_of_dividers)

Результаты выполнения программы:

Введите целое число: 63
Количество равно: 4

Максимальный и минимальный делитель

Для нахождения минимального и максимального делителя в код на Python нужно добавить две переменные: min_divider и max_divider. В цикле делитель будет сравниваться со значением этих переменных и, если необходимо, записываться в них.

Код программы:

numb = int(input("Введите целое число: "))
min_divider = numb
max_divider = 1
for i in range(numb - 1, 1, -1):
    if (numb % i == 0):
        if (min_divider > i):
            min_divider = i
        if (max_divider < i):
            max_divider = i
print("Минимальный равен:", min_divider)
print("Максимальный равен:", max_divider)

Результат выполнения:

Введите целое число: 63
Минимальный равен: 3
Максимальный равен: 21

Нахождение наименьшего и наибольшего делителя, подсчёт суммы делителей и их количества можно объединить в одну программу на Python. Это не должно вызвать каких-либо проблем или конфликтов, потому что программа работает с 4 независимыми переменными.

Вот проблема, которую я недавно пытался решить: дано целое число n, каковы все его делители?

Делитель, также известный как фактор или множитель, — это такое целое число m, на которое n делится без остатка. Например, делителями числа 12 являются 1, 2, 3, 4, 6 и 12.

В итоге я написал кое-что с помощью itertools, и в моем коде используется несколько интересных моментов из теории чисел. Я не знаю, буду ли я возвращаться к нему снова, но я надумал написать эту статью, потому что мои попытки решить озвученный выше вопрос перетекли в довольно забавное упражнение.

Простейший подход

Если мы хотим найти все числа, которые делят n без остатка, мы можем просто перебрать числа от 1 до n:

def get_all_divisors_brute(n):
    for i in range(1, int(n / 2) + 1):
        if n % i == 0:
            yield i
    yield n

На деле нам нужно дойти только до n/2, потому что все, что больше этого значения, гарантировано не может быть делителем n — если вы разделите n на что-то большее, чем n/2, результат не будет целым числом.

Этот код очень прост, и для малых значений n он работает достаточно хорошо, но он довольно неэффективен и медлителен в других случаях. По мере увеличения n время выполнения линейно увеличивается. Можем ли мы сделать лучше?

Факторизация

В моем проекте я работал в основном с факториалами. Факториал числа n, обозначаемый n! — это произведение всех целых чисел от 1 до n включительно. Например:

8! = 8 × 7 × 6 × 5 × 4 × 3 × 2 × 1

Поскольку факториалы состоят преимущественно из небольших множителей, я решил попробовать получить список делителей, определив сначала наименьшие из них. В частности, я искал простые множители, то есть те, которые также являются простыми числами. (Простое число — это число, единственными делителями которого являются оно само и 1. Например, 2, 3 и 5 являются простыми, а 4 и 6 — нет).

Вот функция, которая находит простые делители числа n:

def get_prime_divisors(n):
    i = 2
    while i * i <= n:
        if n % i == 0:
            n /= i
            yield i
        else:
            i += 1

    if n > 1:
        yield n

Это похоже на предыдущую функцию, использующую перебор делителей: мы продолжаем пробовать множители, и если находим подходящий, то делим на него. В противном случае мы проверяем следующее число. Это довольно стандартный подход к поиску простых множителей.

Теперь мы можем использовать этот метод для получения факторизации числа, то есть для его записи в виде произведения простых чисел. Например, факторизация числа 8! выглядит следующим образом:

8! = 2^7 × 3^2 × 5 × 7

Вычисление такой факторизации относительно эффективно, особенно для факториалов, так как, поскольку все простые множители очень малы, вам не нужно делать много делений.

В теории чисел есть утверждение, называемое основной теоремой арифметики, которое гласит, что простые факторизации (разложения) уникальны: для любого числа n существует только один способ представить его в виде произведения простых множителей. (Я не буду приводить здесь доказательство, но вы можете найти его в Википедии).

Это дает нам способ находить делители путем перебора всех комбинаций простых множителей. Простые множители любого m делителя числа n должны входить в подмножество простых множителей n, иначе m не делило бы число n.

Переход от факторизации к делителям

Для начала разложим исходное число на простые множители с указанием «кратности», то есть мы должны получить список всех множителей и количество раз, которое каждый из них встречается в факторизации:

import collections

def get_all_divisors(n):
    primes = get_prime_divisors(n)

    primes_counted = collections.Counter(primes)

    ...

Затем, давайте продолжим и возведем каждое простое число во все степени, которые могут появиться в возможном делителе n.

def get_all_divisors(n):
    ...
    divisors_exponentiated = [
        [div ** i for i in range(count + 1)]
        for div, count in primes_counted.items()
    ]

Например, для 8! представленный код выдаст нам следующее:

[
    [1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128],  // 2^0, 2^1, ..., 2^7
    [1, 3, 9],  // 3^0, 3^1, 3^2
    [1, 5],
    [1, 7],
]

Затем, чтобы получить делители, мы можем использовать довольно удобную функцию itertools.product, которая принимает на вход итерабельные объекты и возвращает все возможные упорядоченные комбинации их элементов. В нашем случае она выбирает по одному числу из каждого списка с возведениями в степень, а затем, перемножая их вместе, мы получаем очередной делитель n.

import itertools

def calc_product(iterable):
    acc = 1
    for i in iterable:
        acc *= i
    return acc

def get_all_divisors(n):
    ...

    for prime_exp_combination in itertools.product(*divisors_exponentiated):
        yield calc_product(prime_exp_combination)

Таким образом, мы находим все делители n (хотя, в отличие от предыдущих функций, они не отсортированы).

Собираем все вместе

Сложив все это, мы получим следующую функцию для вычисления делителей n:

import collections
import itertools


def get_prime_divisors(n):
    i = 2
    while i * i <= n:
        if n % i == 0:
            n /= i
            yield i
        else:
            i += 1

    if n > 1:
        yield n


def calc_product(iterable):
    acc = 1
    for i in iterable:
        acc *= i
    return acc


def get_all_divisors(n):
    primes = get_prime_divisors(n)

    primes_counted = collections.Counter(primes)

    divisors_exponentiated = [
        [div ** i for i in range(count + 1)]
        for div, count in primes_counted.items()
    ]

    for prime_exp_combination in itertools.product(*divisors_exponentiated):
        yield calc_product(prime_exp_combination)

print(list(get_all_divisors(40320))) # 8!

Такая реализация очень эффективна, особенно когда у вас много маленьких простых множителей, как в случае с факториалами, с которыми я работал. Я не знаю, насколько хорошо она покажет себя в общем случае, и, если вы занимаетесь серьезными научными вычислениями, я уверен, что вы легко найдете уже реализованные и оптимизированные алгоритмы для такого рода вещей.