确定整数的平方根是否为整数的最快方法

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。

当前回答

关于卡马克方法，似乎只需要重复一次就很容易了，这应该会使精度位数翻倍。毕竟，这是一种极其简化的迭代方法——牛顿迭代法，具有很好的第一个猜测。

关于您当前的最佳状态，我看到了两个微观优化：

使用mod255在检查后移动检查而不是0重新排列4的除法幂，以跳过通常（75%）情况下的所有检查。

I.e:

// Divide out powers of 4 using binary search

if((n & 0x3L) == 0) {
  n >>=2;

  if((n & 0xffffffffL) == 0)
    n >>= 32;
  if((n & 0xffffL) == 0)
      n >>= 16;
  if((n & 0xffL) == 0)
      n >>= 8;
  if((n & 0xfL) == 0)
      n >>= 4;
  if((n & 0x3L) == 0)
      n >>= 2;
}

更好的方法可能是

while ((n & 0x03L) == 0) n >>= 2;

显然，了解每个检查点有多少数字被剔除是很有意思的——我更怀疑这些检查是否真正独立，这使得事情变得棘手。

2009-03-11 13:18:14

其他回答

不确定这是否是最快的方法，但这是我（很久以前在高中）在数学课上无聊地玩计算器时偶然发现的。当时，我真的很惊讶这是有效的。。。

public static boolean isIntRoot(int number) {
    return isIntRootHelper(number, 1);
}

private static boolean isIntRootHelper(int number, int index) {
    if (number == index) {
        return true;
    }
    if (number < index) {
        return false;
    }
    else {
        return isIntRootHelper(number - 2 * index, index + 1);
    }
}

2018-09-26 16:32:44

当观察到正方形的最后n位时，我检查了所有可能的结果。通过连续检查更多位，可以消除多达5/6的输入。我实际上是为了实现费马的因子分解算法而设计的，而且速度非常快。

public static boolean isSquare(final long val) {
   if ((val & 2) == 2 || (val & 7) == 5) {
     return false;
   }
   if ((val & 11) == 8 || (val & 31) == 20) {
     return false;
   }

   if ((val & 47) == 32 || (val & 127) == 80) {
     return false;
   }

   if ((val & 191) == 128 || (val & 511) == 320) {
     return false;
   }

   // if((val & a == b) || (val & c == d){
   //   return false;
   // }

   if (!modSq[(int) (val % modSq.length)]) {
        return false;
   }

   final long root = (long) Math.sqrt(val);
   return root * root == val;
}

伪代码的最后一位可用于扩展测试以消除更多值。上述测试针对k=0、1、2、3

a的形式为（3<<2k）-1b的形式为（2<<2k）c的形式为（2<<2k+2）-1d的形式为（2<<2k-1）*10

它首先测试它是否具有幂模为2的平方残差，然后根据最终模量进行测试，然后使用Math.sqrt进行最终测试。我从最上面的帖子中提出了这个想法，并试图扩展它。我感谢任何评论或建议。

更新：使用模数（modSq）和44352的模数基数的测试，我的测试在OP更新中的96%的时间内运行，最多可达1000000000。

2011-12-04 04:30:52

如果速度是一个问题，为什么不将最常用的一组输入及其值划分到一个查找表中，然后执行您针对特殊情况提出的任何优化魔术算法？

2008-11-17 23:29:58

可能是该问题的最佳算法是快速整数平方根算法https://stackoverflow.com/a/51585204/5191852

@Kde声称牛顿法的三次迭代对于32位整数的精度为±1就足够了。当然，64位整数需要更多的迭代，可能是6或7。

2019-01-19 13:44:25

如果你想要速度，考虑到整数的大小是有限的，我想最快的方法是（a）按大小划分参数（例如，按最大位集划分类别），然后对照该范围内的完美平方数组检查值。

2008-11-17 13:48:29