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。

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。

我喜欢对一些输入使用几乎正确的方法。这是一个“偏移”更高的版本。代码似乎有效，并通过了我的简单测试用例。

只需替换您的：

if(n < 410881L){...}

使用此代码：

if (n < 11043908100L) {
    //John Carmack hack, converted to Java.
    // See: http://www.codemaestro.com/reviews/9
    int i;
    float x2, y;

    x2 = n * 0.5F;
    y = n;
    i = Float.floatToRawIntBits(y);
    //using the magic number from 
    //http://www.lomont.org/Math/Papers/2003/InvSqrt.pdf
    //since it more accurate
    i = 0x5f375a86 - (i >> 1);
    y = Float.intBitsToFloat(i);
    y = y * (1.5F - (x2 * y * y));
    y = y * (1.5F - (x2 * y * y)); //Newton iteration, more accurate

    sqrt = Math.round(1.0F / y);
} else {
    //Carmack hack gives incorrect answer for n >= 11043908100.
    sqrt = (long) Math.sqrt(n);
}

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。

static boolean isPerfectSquare (int input) {
  return Math.sqrt(input) == (int) Math.sqrt(input);
}

如果输入的平方根的整数值等于双倍值，则返回该值。这意味着它是一个整数，它将返回true。否则，将返回false。