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计算机是如何开根号的?sqrt是如何实现的?

2019-07-13 16:38发布

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x^{2}=c的解,那么设y=x^{2}-c,根据下图的牛顿迭代公式就能无限近似r; 牛顿迭代法  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: x_{i}=x_{i-1}-frac{f(x_{i-1})}{f'(x_{i-1})}Rightarrow x_{i}=x_{i-1}-frac{x_{i-1}^{2}-c}{2*x_{i-1}}Rightarrow x_{i}=(x_{i-1}+frac{c}{x_{i-1}})/2 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; }