动态演示 1~120 质数筛选

项目简介

本项目基于Java Swing图形界面开发，实现可视化质数筛选工具PrimeNumberSieve。程序在10行×12列网格中摆放1~120全部数字，通过延时动画逐个校验数值是否为素数，素数格子变红，合数填充随机配色，同时右侧文本框实时累加所有找到的质数，把抽象的素数判断算法转化为直观的动态画面。

项目用到技术：Swing窗口布局、GridLayout网格布局、SwingWorker子线程动画延时、高效素数判定算法、随机配色工具方法。

素数判定算法原理（分小点）

1. 素数规则
   （1）小于等于 1：非素数；
   （2）2、3：是素数；
   （3）能被 2、3 整除：非素数；
   （4）从 i=5 开始，步长 + 6，校验i和i+2能否整除目标数，直到√n。
2. 核心 isPrime 算法思路
   区别暴力循环，该判定方式减少循环次数，优化大数判断效率，下文代码对应本逻辑

完整源码：

import javax.swing.*;
import javax.swing.border.Border;
import java.awt.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;

public class PrimeNumberSieve extends JFrame {

    private static final int ROWS = 10;
    private static final int COLS = 12;
    private static final int TOTAL = ROWS * COLS; // 120
    private static final int DELAY = 50; // 每个格子遍历延迟（毫秒）

    private JPanel gridPanel;
    private JPanel primeListPanel;
    private JLabel[] numberLabels = new JLabel[TOTAL];
    private JTextArea primeTextArea;
    private List<Integer> primesFound = new ArrayList<>();
    private Random random = new Random();

    public PrimeNumberSieve() {
        setTitle("Prime Numbers Visual Sieve");
        setSize(900, 650);
        setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        setLocationRelativeTo(null);
        setLayout(new BorderLayout(10, 10));

        // 初始化网格面板 (10行12列)
        gridPanel = new JPanel(new GridLayout(ROWS, COLS, 3, 3));
        gridPanel.setBorder(BorderFactory.createEmptyBorder(10, 10, 10, 10));
        gridPanel.setBackground(Color.WHITE);

        // 创建120个格子，初始灰色
        for (int i = 1; i <= TOTAL; i++) {
            JLabel label = new JLabel(String.valueOf(i), SwingConstants.CENTER);
            label.setOpaque(true);
            label.setBackground(Color.GRAY);
            label.setForeground(Color.BLACK);
            label.setFont(new Font("Arial", Font.BOLD, 14));
            label.setPreferredSize(new Dimension(60, 45));

            Border border = BorderFactory.createLineBorder(Color.DARK_GRAY, 1);
            label.setBorder(border);

            numberLabels[i - 1] = label;
            gridPanel.add(label);
        }

        // 右侧素数列表面板
        primeListPanel = new JPanel(new BorderLayout());
        primeListPanel.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("Prime numbers"));
        primeListPanel.setBackground(Color.WHITE);
        primeListPanel.setPreferredSize(new Dimension(200, 0));

        primeTextArea = new JTextArea();
        primeTextArea.setEditable(false);
        primeTextArea.setFont(new Font("Monospaced", Font.PLAIN, 14));
        primeTextArea.setBackground(Color.WHITE);
        primeTextArea.setLineWrap(true);
        primeTextArea.setWrapStyleWord(true);

        JScrollPane scrollPane = new JScrollPane(primeTextArea);
        scrollPane.setBorder(BorderFactory.createEmptyBorder(5, 5, 5, 5));
        primeListPanel.add(scrollPane, BorderLayout.CENTER);

        // 添加到主窗口
        add(gridPanel, BorderLayout.CENTER);
        add(primeListPanel, BorderLayout.EAST);

        // 开始遍历动画
        startSieveAnimation();
    }

    private void startSieveAnimation() {
        SwingWorker<Void, Integer> worker = new SwingWorker<>() {
            @Override
            protected Void doInBackground() throws Exception {
                for (int i = 1; i <= TOTAL; i++) {
                    Thread.sleep(DELAY);
                    publish(i);
                }
                return null;
            }

            @Override
            protected void process(List<Integer> chunks) {
                for (int num : chunks) {
                    checkAndColorNumber(num);
                }
            }

            @Override
            protected void done() {
                // 动画结束后，在控制台打印所有素数
                System.out.println("=== 遍历完成 ===");
                System.out.println("找到的素数总数: " + primesFound.size());
                System.out.println("所有素数: " + primesFound);

                // 也可以在 GUI 中弹窗提示
                JOptionPane.showMessageDialog(
                        PrimeNumberSieve.this,
                        "筛法完成！共找到 " + primesFound.size() + " 个素数。\n请在控制台查看完整列表。",
                        "完成",
                        JOptionPane.INFORMATION_MESSAGE
                );
            }
        };
        worker.execute();
    }

    private void checkAndColorNumber(int num) {
        JLabel label = numberLabels[num - 1];

        if (isPrime(num)) {
            // 素数 -> 红色
            label.setBackground(Color.RED);
            label.setForeground(Color.WHITE);
            primesFound.add(num);

            // 更新右侧素数列表显示
            updatePrimeDisplay();
        } else {
            // 非素数 -> 随机颜色（排除红色和灰色，避免混淆）
            Color randomColor = getRandomColor();
            label.setBackground(randomColor);
            label.setForeground(Color.BLACK);
        }
    }

    private boolean isPrime(int n) {
        if (n <= 1) return false;
        if (n <= 3) return true;
        if (n % 2 == 0 || n % 3 == 0) return false;
        for (int i = 5; i * i <= n; i += 6) {
            if (n % i == 0 || n % (i + 2) == 0) return false;
        }
        return true;
    }

    private Color getRandomColor() {
        // 生成鲜艳的随机颜色，排除红色(素数专用)和灰色(初始色)
        int r, g, b;
        do {
            r = random.nextInt(200) + 55; // 55-255
            g = random.nextInt(200) + 55;
            b = random.nextInt(200) + 55;
        } while ((r > 200 && g < 100 && b < 100) || (r == g && g == b)); // 排除红色和灰色

        return new Color(r, g, b);
    }

    private void updatePrimeDisplay() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        int count = 0;
        for (int p : primesFound) {
            sb.append(String.format("%4d", p));
            count++;
            if (count % 4 == 0) {
                sb.append("\n");
            } else {
                sb.append(" ");
            }
        }
        primeTextArea.setText(sb.toString());
    }

    public static void main(String[] args) {
        SwingUtilities.invokeLater(() -> {
            new PrimeNumberSieve().setVisible(true);
        });
    }
}