我正在寻找确定长值是否为完美平方（即其平方根是另一个整数）的最快方法：
我使用内置的Math.sqrt（）以简单的方式完成了这项工作函数，但我想知道是否有一种方法可以通过将自己限制为仅限整数的域。维护查找表是不切实际的（因为平方小于263的231.5个整数）。
下面是我现在做的非常简单明了的方法：
public final static boolean isPerfectSquare(long n)
{
if (n < 0)
return false;
long tst = (long)(Math.sqrt(n) + 0.5);
return tst*tst == n;
}
注意：我在许多Project Euler问题中都使用了这个函数。因此，其他人将永远不必维护此代码。而这种微优化实际上可能会有所不同，因为挑战的一部分是在不到一分钟的时间内完成每一个算法，而在某些问题中，这个函数需要调用数百万次。
我尝试了不同的解决方案：
经过详尽的测试，我发现不需要在Math.sqrt（）的结果上加0.5，至少在我的机器上是这样。快速平方根逆运算速度更快，但对于n>=410881，它给出了错误的结果。然而，正如BobbyShaftoe所建议的，我们可以在n<410881时使用FISR黑客。牛顿的方法比Math.sqrt（）慢得多。这可能是因为Math.sqr（）使用了类似于牛顿方法的东西，但在硬件中实现，所以比Java快得多。此外，牛顿法仍然需要使用双精度。一个经过修改的牛顿方法使用了一些技巧，因此只涉及整数数学，需要一些技巧来避免溢出（我希望这个函数可以处理所有64位有符号的正整数），而且它仍然比math.sqrt（）慢。二元斩更慢。这是有意义的，因为二进制斩波平均需要16次才能找到64位数字的平方根。根据John的测试，在C++中使用or语句比使用switch更快，但在Java和C#中，or和switch之间似乎没有区别。我还尝试创建一个查找表（作为64个布尔值的私有静态数组）。然后，我只说if（lookup[（int）（n&0x3F）]）｛test｝else return false；，而不是switch或or语句；。令我惊讶的是，这（只是稍微）慢了一些。这是因为在Java中检查数组边界。
这是我能想到的最快的Java实现，使用了本线程中其他人建议的技术组合。
Mod-256测试不精确的mod-3465测试（避免以某些误报为代价的整数除法）浮点平方根，舍入并与输入值比较
我也尝试了这些修改，但它们对性能没有帮助：
附加mod-255测试将输入值除以4的幂快速逆平方根（要处理高N值，需要3次迭代，足以使其比硬件平方根函数慢。）
public class SquareTester {
public static boolean isPerfectSquare(long n) {
if (n < 0) {
return false;
} else {
switch ((byte) n) {
case -128: case -127: case -124: case -119: case -112:
case -111: case -103: case -95: case -92: case -87:
case -79: case -71: case -64: case -63: case -60:
case -55: case -47: case -39: case -31: case -28:
case -23: case -15: case -7: case 0: case 1:
case 4: case 9: case 16: case 17: case 25:
case 33: case 36: case 41: case 49: case 57:
case 64: case 65: case 68: case 73: case 81:
case 89: case 97: case 100: case 105: case 113:
case 121:
long i = (n * INV3465) >>> 52;
if (! good3465[(int) i]) {
return false;
} else {
long r = round(Math.sqrt(n));
return r*r == n;
}
default:
return false;
}
}
}
private static int round(double x) {
return (int) Double.doubleToRawLongBits(x + (double) (1L << 52));
}
/** 3465<sup>-1</sup> modulo 2<sup>64</sup> */
private static final long INV3465 = 0x8ffed161732e78b9L;
private static final boolean[] good3465 =
new boolean[0x1000];
static {
for (int r = 0; r < 3465; ++ r) {
int i = (int) ((r * r * INV3465) >>> 52);
good3465[i] = good3465[i+1] = true;
}
}
}
这个问题让我很疑惑，所以我做了一些简单的编码，我在这里介绍它，因为我觉得它很有趣，很相关，但我不知道它有多有用。有一个简单的算法
a_n+1 = (a_n + x/a_n)/2
用于计算平方根，但它用于小数。我想知道，如果我只是用整数数学编码相同的算法，会发生什么。它甚至会汇聚到正确的答案上吗？我不知道，所以我写了一个程序。。。
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
_Bool isperfectsquare(uint64_t x, uint64_t *isqrtx) {
// NOTE: isqrtx approximate for non-squares. (benchmarked at 162ns 3GHz i5)
uint32_t i;
uint64_t ai;
ai = 1 + ((x & 0xffff000000000000) >> 32) + ((x & 0xffff00000000) >> 24) + ((x & 0xffff0000) >> 16);
ai = (ai + x/ai)/2;
ai = (ai + x/ai)/2;
ai = (ai + x/ai)/2;
ai = (ai + x/ai)/2;
ai = (ai + x/ai)/2;
ai = (ai + x/ai)/2;
ai = (ai + x/ai)/2;
ai = (ai + x/ai)/2;
ai = (ai + x/ai)/2;
ai = (ai + x/ai)/2;
ai = (ai + x/ai)/2;
ai = (ai + x/ai)/2;
ai = ai & 0xffffffff;
if (isqrtx != NULL) isqrtx[0] = ai;
return ai*ai == x;
}
void main() {
uint64_t x, isqrtx;
uint64_t i;
for (i=1; i<0x100000000; i++) {
if (!isperfectsquare(i*i, &isqrtx)) {
printf("Failed at %li", i);
exit(1);
}
}
printf("All OK.\n");
}
因此，事实证明，该公式的12次迭代足以为所有64位无符号长整数（完美平方）提供正确的结果，当然，非平方将返回false。
simon@simon-Inspiron-N5040:~$ time ./isqrt.bin
All OK.
real 11m37.096s
user 11m35.053s
sys 0m0.272s
因此697s/2^32约为162纳秒。实际上，该函数对于所有输入都具有相同的运行时。讨论中其他地方详细介绍的一些措施可以通过检查最后四位等来加快非正方形的速度。希望有人像我一样觉得这很有趣。
我参加聚会已经很晚了，但我希望能提供一个更好的答案；更短，（假设我的基准是正确的）也更快。
long goodMask; // 0xC840C04048404040 computed below
{
for (int i=0; i<64; ++i) goodMask |= Long.MIN_VALUE >>> (i*i);
}
public boolean isSquare(long x) {
// This tests if the 6 least significant bits are right.
// Moving the to be tested bit to the highest position saves us masking.
if (goodMask << x >= 0) return false;
final int numberOfTrailingZeros = Long.numberOfTrailingZeros(x);
// Each square ends with an even number of zeros.
if ((numberOfTrailingZeros & 1) != 0) return false;
x >>= numberOfTrailingZeros;
// Now x is either 0 or odd.
// In binary each odd square ends with 001.
// Postpone the sign test until now; handle zero in the branch.
if ((x&7) != 1 | x <= 0) return x == 0;
// Do it in the classical way.
// The correctness is not trivial as the conversion from long to double is lossy!
final long tst = (long) Math.sqrt(x);
return tst * tst == x;
}
第一个测试很快捕捉到大多数非正方形。它使用一个长的64项表，因此没有数组访问成本（间接和边界检查）。对于均匀随机的长，有81.25%的概率在这里结束。
第二个测试捕获因式分解中奇数为2的所有数字。Long.numberOfTrailingZeros方法非常快，因为它被JIT编译成一条i86指令。
删除尾随零后，第三个测试处理以二进制形式的011、101或111结尾的数字，这些数字不是完美的正方形。它还关心负数，也处理0。
最后的测试是双倍算术。由于double只有53位尾数，从long到double的转换包括大值的舍入。尽管如此，测试是正确的（除非证明是错误的）。
试图结合mod255的想法并不成功。
如果最后的X位数字是N，那么应该可以更有效地包装“不能是完美的正方形”！我将使用java 32位int，并生成足够的数据来检查数字的最后16位，即2048个十六进制int值。
...
好吧。要么我遇到了一些超出我理解范围的数论，要么我的代码中有一个错误。无论如何，以下是代码：
public static void main(String[] args) {
final int BITS = 16;
BitSet foo = new BitSet();
for(int i = 0; i< (1<<BITS); i++) {
int sq = (i*i);
sq = sq & ((1<<BITS)-1);
foo.set(sq);
}
System.out.println("int[] mayBeASquare = {");
for(int i = 0; i< 1<<(BITS-5); i++) {
int kk = 0;
for(int j = 0; j<32; j++) {
if(foo.get((i << 5) | j)) {
kk |= 1<<j;
}
}
System.out.print("0x" + Integer.toHexString(kk) + ", ");
if(i%8 == 7) System.out.println();
}
System.out.println("};");
}
结果如下：
（ed：由于pretify.js性能不佳而取消；查看修订历史以查看。）
这里有一个分而治之的解决方案。
如果自然数（数字）的平方根是自然数（解），您可以根据数字的位数轻松确定解的范围：
数字有1位：范围内的解=1-4数字有2位数：范围内的解=3-10数字有3位数：范围内的解=10-40数字有4位数字：范围=30-100数字有5位数：范围内的解=100-400
注意到重复了吗？
您可以在二进制搜索方法中使用此范围，以查看是否存在以下解决方案：
number == solution * solution
这是密码
这是我的类SquareRootChecker
public class SquareRootChecker {
private long number;
private long initialLow;
private long initialHigh;
public SquareRootChecker(long number) {
this.number = number;
initialLow = 1;
initialHigh = 4;
if (Long.toString(number).length() % 2 == 0) {
initialLow = 3;
initialHigh = 10;
}
for (long i = 0; i < Long.toString(number).length() / 2; i++) {
initialLow *= 10;
initialHigh *= 10;
}
if (Long.toString(number).length() % 2 == 0) {
initialLow /= 10;
initialHigh /=10;
}
}
public boolean checkSquareRoot() {
return findSquareRoot(initialLow, initialHigh, number);
}
private boolean findSquareRoot(long low, long high, long number) {
long check = low + (high - low) / 2;
if (high >= low) {
if (number == check * check) {
return true;
}
else if (number < check * check) {
high = check - 1;
return findSquareRoot(low, high, number);
}
else {
low = check + 1;
return findSquareRoot(low, high, number);
}
}
return false;
}
}
下面是一个如何使用它的示例。
long number = 1234567;
long square = number * number;
SquareRootChecker squareRootChecker = new SquareRootChecker(square);
System.out.println(square + ": " + squareRootChecker.checkSquareRoot()); //Prints "1524155677489: true"
long notSquare = square + 1;
squareRootChecker = new SquareRootChecker(notSquare);
System.out.println(notSquare + ": " + squareRootChecker.checkSquareRoot()); //Prints "1524155677490: false"
