我们经常会用到sqrt()这个函数,c、c++里加个头文件,java里导入个包,然后啪啪啪随便一敲,一个数就被开根号了。 那么sqrt()到底是如何实现的? 今天我将简单介绍三种方法,告诉你sqrt()函数实现的秘密。
一、二分法
这里就不详细介绍了,就是个简单的二分板子。
但是当我们写完这段代码运行的时候就会发现,数一大,或者要求的精度一高,耗费的时间会非常长。
public static double sqrt(double c) {
double l = 0, r = c / 2, mid = 0.0;
while (l <= r) {
mid = (l + r) / 2;
if (Math.abs(mid * mid - c) < 1e-7) {
break;
} else if (mid * mid < c) {
l = mid;
} else if (mid * mid > c) {
r = mid;
} else {
break;
}
}
return mid;
}
二、牛顿迭代法
(这种方法的时间复杂度比java内自带的函数稍高一点。)
什么是牛顿迭代法呢?
牛顿迭代法(Newton's method)又称为牛顿-拉夫逊(拉弗森)方法(Newton-Raphson method),它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。(摘自百度百科)
那么牛顿迭代法在开根号上到底有什么用呢?
换个思路想一想,求一个数c的根号,可以转化成求的解,那么设,根据下图的牛顿迭代公式就能无限近似r;
先把代码放上,对代码中迭代部分不懂的话,可以看下简单的证明:
public static double sqrt1(double c) {
double x1 = c;
double x2 = c / 2;
while (Math.abs(x1 - x2) > 1e-7) {
x1 = x2;
x2 = (x1 + c / x1) / 2;// 迭代核心代码,证明见博文
}
return x1;
}
三、一个神奇的方法
对于代码的解释,可以看下下面几位大佬的解释:
https://www.cnblogs.com/shizhh/p/5775578.html
https://blog.csdn.net/qq_26499321/article/details/73724763
还有一篇相关论文:
http://www.matrix67.com/data/InvSqrt.pdf
public static float invSqrt(float x) {
float xhalf = 0.5f * x;
int i = Float.floatToIntBits(x);
i = 0x5f37642f - (i >> 1);
x = Float.intBitsToFloat(i);
x = x * (1.5f - xhalf * x * x);
return 1 / x;
}