LeetCode No.69 (牛頓迭代法)

x的平方根

實現(xiàn) int sqrt(int x) 函數(shù)。

計算并返回 x 的平方根汇鞭,其中 x 是非負整數(shù)凉唐。

由于返回類型是整數(shù),結果只保留整數(shù)的部分霍骄,小數(shù)部分將被舍去台囱。

示例 1:

輸入: 4
輸出: 2

示例 2:

輸入: 8
輸出: 2
說明: 8 的平方根是 2.82842...,
由于返回類型是整數(shù),小數(shù)部分將被舍去读整。

題目分析

  1. 首先直接計算平方根不太現(xiàn)實簿训,所以這是一個在有序的1~x中查找出平方根的問題。
  2. 查找有序整數(shù)中的特定值绘沉,正常思路即二分查找煎楣,實現(xiàn)也簡單豺总。
  3. 遞歸縮小求解:
    \sqrt{x}=2*\sqrt{\frac{x}{4}}
    因此可以遞歸找到易解的小x车伞,然后再回溯整合到原x。

注意為什么選擇2作為系數(shù)進行遞歸呢喻喳?
——x縮小和放大2的倍數(shù)另玖,可以通過位操作實現(xiàn),效率極高表伦。

遞歸式為:mySqrt(x)=mySqrt(x>>2)<<1

  1. 針對這個計算平方根的特定問題谦去,有 牛頓迭代法

牛頓法(英語:Newton's method)又稱為牛頓-拉弗森方法(英語:Newton-Raphson method),它是一種在實數(shù)域和復數(shù)域上近似求解方程的方法蹦哼。方法使用函數(shù)f(x) 的泰勒級數(shù)的前面幾項來尋找方程的根鳄哭。

x_{k+1}=\frac{1}{2}[x_k+\frac{x}{x_k}]
根據(jù)精度要求,x_kx_{k+1}收斂后差距小于1即可返回結果纲熏。

迭代求解示意

迭代示意圖妆丘,圖源 (https://leetcode-cn.com/problems/sqrtx/solution/niu-dun-die-dai-fa-by-loafer/)

如上圖所示锄俄,想求\sqrt{a},圖示a=2
先隨便取xi=4勺拣,然后找到過(xi,yi)的切線奶赠,且f(x)=x^2-a的導數(shù)是2x
即切線方程f(x)-(x_i^2-a)=2x_i(x-xi)
顯而易見這個切線與x軸的交點得x_{i+1}=\frac {2x_i^2-(x_i^2-a)}{2x_i}= \frac{1}{2} (x_i+\frac{a}{x_i})
即得x_{i+1}x_{i}更接近解\sqrt{a}

牛頓迭代題解代碼

class Solution 
{
public:
    int mySqrt(int x) 
    {
        //牛頓迭代
        if(x<=1)
            return x;
        //注意long類型
        long last=x/2;
        long cur =(last+x/last)/2;
        while(abs(last-cur)>=1)
        {   
            last=cur;
            cur=(cur +x/ cur) / 2.0 ;
            if(cur<=x/cur)
                return cur;
        }

        return cur;
    }
    
};
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