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。
你必须做一些基准测试。最佳算法将取决于输入的分布。
您的算法可能接近最佳，但在调用平方根例程之前，您可能需要快速检查以排除某些可能性。例如，通过按位“和”查看十六进制数字的最后一位。完美的正方形只能以0、1、4或9结尾，以16为底。因此，对于75%的输入（假设它们是均匀分布的），可以避免调用平方根，以换取一些非常快的位旋转。
Kip对实现十六进制技巧的以下代码进行了基准测试。当测试数字1到100000000时，此代码的运行速度是原始代码的两倍。
public final static boolean isPerfectSquare(long n)
{
if (n < 0)
return false;
switch((int)(n & 0xF))
{
case 0: case 1: case 4: case 9:
long tst = (long)Math.sqrt(n);
return tst*tst == n;
default:
return false;
}
}
当我在C++中测试类似的代码时，它实际上比原始代码运行得慢。然而，当我消除switch语句时，十六进制技巧再次使代码速度提高了一倍。
int isPerfectSquare(int n)
{
int h = n & 0xF; // h is the last hex "digit"
if (h > 9)
return 0;
// Use lazy evaluation to jump out of the if statement as soon as possible
if (h != 2 && h != 3 && h != 5 && h != 6 && h != 7 && h != 8)
{
int t = (int) floor( sqrt((double) n) + 0.5 );
return t*t == n;
}
return 0;
}
消除switch语句对C#代码几乎没有影响。
我在想我在数值分析课程中度过的可怕时光。
然后我记得，在Quake源代码中，有一个函数围绕着“网络”旋转：
float Q_rsqrt( float number )
{
long i;
float x2, y;
const float threehalfs = 1.5F;
x2 = number * 0.5F;
y = number;
i = * ( long * ) &y; // evil floating point bit level hacking
i = 0x5f3759df - ( i >> 1 ); // wtf?
y = * ( float * ) &i;
y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 1st iteration
// y = y * ( threehalfs - ( x2 * y * y ) ); // 2nd iteration, this can be removed
#ifndef Q3_VM
#ifdef __linux__
assert( !isnan(y) ); // bk010122 - FPE?
#endif
#endif
return y;
}
它基本上使用牛顿近似函数（记不清确切的名字）计算平方根。
它应该是可用的，甚至可能更快，它来自一个非凡的id软件的游戏！
它是用C++编写的，但一旦你有了这样的想法，在Java中重用同样的技术应该不会太难：
我最初在以下位置找到它：http://www.codemaestro.com/reviews/9
牛顿的方法在维基百科上解释：http://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_method
您可以通过链接了解更多的工作原理，但如果您不太在意，那么这大概是我在阅读博客和参加数值分析课程时所记得的：
*（long*）&y基本上是一个快速转换为long的函数，因此整数运算可以应用于原始字节。0x5f3759df-（i>>1）；line是近似函数的预先计算的种子值。*（float*）-i将值转换回浮点。y=y*（three-half-（x2*y*y））行基本上再次迭代函数上的值。
在结果上迭代函数的次数越多，逼近函数给出的值就越精确。在Quake的案例中，一次迭代“足够好”，但如果不是为了你。。。然后您可以添加所需的迭代次数。
这应该更快，因为它减少了在简单平方根中执行的除法运算的数量（实际上是一个*0.5F乘法运算），并用一些固定数量的乘法运算代替。
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;
}
}
}
整数牛顿法
如果希望避免非整数运算，可以使用以下方法。它基本上使用了为整数运算而修改的牛顿法。
/**
* Test if the given number is a perfect square.
* @param n Must be greater than 0 and less
* than Long.MAX_VALUE.
* @return <code>true</code> if n is a perfect
* square, or <code>false</code> otherwise.
*/
public static boolean isSquare(long n)
{
long x1 = n;
long x2 = 1L;
while (x1 > x2)
{
x1 = (x1 + x2) / 2L;
x2 = n / x1;
}
return x1 == x2 && n % x1 == 0L;
}
此实现无法与使用Math.sqrt的解决方案竞争。但是，可以通过使用其他文章中描述的过滤机制来提高其性能。
maartinus解决方案的以下简化似乎使运行时减少了几个百分点，但我在基准测试方面做得不够好，无法产生我可以信任的基准：
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;
// Remove an even number of trailing zeros, leaving at most one.
x >>= (Long.numberOfTrailingZeros(x) & (-2);
// Repeat the test on the 6 least significant remaining bits.
if (goodMask << x >= 0 | 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;
}
值得检查的是，如何省略第一次测试，
if (goodMask << x >= 0) return false;
会影响性能。
