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力扣69. x 的平方根(二分查找、牛顿法)

程序员文章站 2022-06-17 19:21:58
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力扣69. x 的平方根

https://leetcode-cn.com/problems/sqrtx/

实现 int sqrt(int x) 函数。

计算并返回 x 的平方根,其中 x 是非负整数。

由于返回类型是整数,结果只保留整数的部分,小数部分将被舍去。

示例 1:

输入: 4
输出: 2
示例 2:

输入: 8
输出: 2
说明: 8 的平方根是 2.82842..., 
     由于返回类型是整数,小数部分将被舍去。

 

方法:二分查找、牛顿法

 

1、二分查找

复杂度分析:

时间复杂度:O(logN),二分法的时间复杂度是对数级别的。
空间复杂度:O(1),使用了常数个数的辅助空间用于存储和比较。

#include "stdafx.h"
class Solution
{
public:
	int mySqrt(int x)
	{
		//为了照顾到 0 把左边界设置为 0
		int low = 0;
		//为了照顾到 1 把右边界设置为 x / 2 + 1
		int high = x / 2 + 1;
		while (low < high)
		{
			//注意:这里一定取右中位数,如果取左中位数,代码可能会进入死循环
			//long long mid = low + (high - low + 1) / 2;右移1实现除2,位运算,快速
			//long long mid,设置成int的话,针对大整型测试用例通不过
			long long mid = (low + (high - low + 1))>>1;
			if (x == mid*mid)
			{
				return mid;
			}
			else if (x >= mid*mid)
			{
				low = mid;
			}
			else
			{
				high = mid - 1;
			}
		}
		return low;
	}
};

int main()
{
	Solution s;
	auto result = s.mySqrt(1);
	return 0;
}

 

2、牛顿法

 

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(logN),此方法是二次收敛的。

  • 空间复杂度:O(1)。

思路

计算平方根,最好和使用最多的方法是牛顿法,这里使用不带种子修剪版本的牛顿法简化此问题。

不讨论其数学证明,直接使用牛顿法结论。

力扣69. x 的平方根(二分查找、牛顿法)

如果 x0​=x,则收敛到 sqrt{x}​。

最后当误差小于 1 时结束迭代。

 

3、性能比较

由比较每种方法在同一范围下的迭代次数可知,牛顿法的性能最好。

蓝:二分查找          橙:牛顿法         绿:对数表         红:递归+位操作

力扣69. x 的平方根(二分查找、牛顿法)

上图来自力扣官方解答:https://leetcode-cn.com/problems/sqrtx/solution/x-de-ping-fang-gen-by-leetcode/