演算法 牛頓迭代法求平方根

2022-09-17 23:42:13 字數 1282 閱讀 8411

q:

implement int sqrt(int x).

compute and return the square root of x.

a:

這裡給出兩種實現方法:一是二分搜尋,二是牛頓迭代法。

1. 二分搜尋

對於乙個非負數n,它的平方根不會小於大於(n/2+1)(謝謝@linzhi-cs提醒)。在[0, n/2+1]這個範圍內可以進行二分搜尋,求出n的平方根。

1 int sqrt(int x) 

12 return j;

13 }

注:在中間過程計算平方的時候可能出現溢位,所以用long long。

2. 牛頓迭代法

為了方便理解,就先以本題為例:

計算x2 = n的解,令f(x)=x2-n,相當於求解f(x)=0的解,如左圖所示。

首先取x0,如果x0不是解,做乙個經過(x0,f(x0))這個點的切線,與x軸的交點為x1。

同樣的道理,如果x1不是解,做乙個經過(x1,f(x1))這個點的切線,與x軸的交點為x2。

以此類推。

以這樣的方式得到的xi會無限趨近於f(x)=0的解。

判斷xi是否是f(x)=0的解有兩種方法:

一是直接計算f(xi)的值判斷是否為0,二是判斷前後兩個解xi和xi-1是否無限接近。

經過(xi, f(xi))這個點的切線方程為f(x) = f(xi) + f』(xi)(x - xi),其中f'(x)為f(x)的導數,本題中為2x。令切線方程等於0,即可求出xi+1=xi - f(xi) / f'(xi)。

繼續化簡,xi+1=xi - (xi2 

- n) / (2xi) = xi - xi / 2 + n / (2xi) = xi / 2 + n / 2xi = (xi + n/xi) / 2。

1 int sqrt(int x) 

10 return int(res);

11 }

牛頓迭代法也同樣可以用於求解多次方程的解。

p.s. 本題是求解整數的平方根,並且返回值也是整型。在上述**基礎上稍微做修改,就可以同樣適用於double(僅限方法2)。

1 double sqrt(double x) 

10 return res;

11 }

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