LeetCode 69. 牛顿法求平方根

LeetCode 69: 牛顿法求平方根

题目来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems
供稿: 魏成

x 是一个正数,牛顿法求 x 的平方根的迭代公式为
r 0 = x r n + 1 = r n + x / r n 2 \begin{aligned} r_0 &= x\\ r_{n + 1} &= \frac{r_n + x / r_n}{2} \end{aligned} r0rn+1=x=2rn+x/rn
牛顿法收敛速度很快。粗略来说,每次迭代都使得小数点后的有效数字位数翻倍。在本题中,只需求 sqrt(x) 的整数部分,所以我们也尝试只用整数运算来解决。 C 语言代码如下:

int mySqrt(int x) {
	int r;

	if(x == 0)
		return x;
	r = x;
	while(r > x / r)
		r = r + x / r >> 1;
	return r;
}

正确性验证:对非负整数而言, a > b / ca * c > b 是等价的,其中 / 是整除,因此只需验证当 r > sqrt(x) 时确实有 (r + x / r) / 2 + 1 > sqrt(x)。注意到后者使用了两次整除,所以验证时要稍微仔细些。以下记 / 为整数除法,而用分数线表示通常的分数:
( r + x / r ) / 2 + 1 ⩾ r + x / r 2 − 1 2 + 1 = r + x / r + 1 2 > r + x r 2 > x . (r + x / r) / 2 + 1 \geqslant \frac{r + x / r}{2} - \frac{1}{2} + 1 = \frac{r + x / r + 1}{2} > \frac{r + \frac{x}{r}}{2} > \sqrt x. (r+x/r)/2+12r+x/r21+1=2r+x/r+1>2r+rx>x .

一般情况这样就足够了,但提交时还是会报错,因为本题中 x 的取值范围是 0INT_MAX ,当 x 取到 INT_MAX 的时候,第一次循环试图计算 INT_MAX + 1 ,从而造成整数溢出。因此可以对初始值的选取稍加调整:

if(x < 3)
	return x + 1 >> 1;
r = x >> 1;
while(r > x / r)
	r = r + x / r >> 1;
return r;

在这里插入图片描述

LeetCode 441: 排列硬币 也有类似的解法:

int arrangeCoins(int n){
	int x;

	if(n < 3)
    	return 1;
    x = n;
	do
    	x = (x >> 1) + n / x;
    while(n / x < x + 1 >> 1);
	if(x % 2 == 0 && n / (x + 1) < x >> 1)
    	return x - 1;
    return x;
}
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