Форум программистов, компьютерный форум, киберфорум
С++ для начинающих
Войти
Регистрация
Восстановить пароль
Блоги Сообщество Поиск Заказать работу  
 
Рейтинг 4.56/34: Рейтинг темы: голосов - 34, средняя оценка - 4.56
5 / 5 / 0
Регистрация: 04.05.2019
Сообщений: 32

Алгоритм быстрого извлечения корня (длинная арифметика)

07.05.2019, 22:49. Показов 7621. Ответов 13

Студворк — интернет-сервис помощи студентам
У меня есть рабочая программа... рабочая, но сильно медленная.
Тормозным местом (до этого все работает очень даже бодро) является извлечение корня ( функция NUMBER Root(const NUMBER Value,const int N) ).
Использовал метод бисекции.

Вопрос: есть ли какой-нибудь более быстрый алгоритм для того чтобы извлечь корень?

Сам код (заранее извеняюсь за возможные 'непрозрачности'):
C++
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <fstream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <cstring>
 
using namespace std;
 
typedef vector<int> NUMBER;
typedef char* CHRS;
const int base = 1000*1000*1000;
 
//============_INPUT/OUTPUT_FUNCTIONS_============
void SCANA(CHRS &str, NUMBER &A)
{
    cin >> str;
    A.clear();
    for (int i=(int)strlen(str); i>0; i-=9) 
    {
        str[i] = 0;
        A.push_back(atoi(i>=9 ? str+i-9 : str));
    }
}
//------------------------------------------------
void PRINTA(const NUMBER G)
{
    cout << setfill(' ') << (G.empty() ? 0 : G.back());
    for (int i=(int)G.size()-2; i>=0; --i)
        cout << setw(9) << setfill('0') << G[i];
}
 
//============_MATH_ALGO_FUNCTIONS_============
NUMBER Summation(const NUMBER X,const NUMBER B)
{
    int Remainder = 0;
    NUMBER A=X;
    for (size_t i=0; i<max(A.size(),B.size()) || Remainder; ++i) 
    {
        if (i == A.size())
            A.push_back (0);
        A[i] += Remainder + (i < B.size() ? B[i] : 0);
        Remainder = A[i] >= base;
        if (Remainder)
            A[i] -= base;
    }
    return A;
}
//------------------------------------------------
NUMBER Division(const NUMBER X,const int B)
{
    int Remainder=0;
    NUMBER A=X;
    for (int i=(int)A.size()-1; i>=0; --i) 
    {
        long long Q = A[i] + Remainder * 1ll * base;
        A[i] = int (Q / B);
        Remainder = int (Q % B);
    }
    while (A.size() > 1 && A.back() == 0)
        A.pop_back();
    return A;
}
//------------------------------------------------
NUMBER Multiplication(const NUMBER A,const NUMBER B)
{
    int Remainder=0;
    NUMBER C;
    C.resize(A.size()+B.size());
    for (size_t i=0; i<A.size(); ++i)
        for (int j=0, Remainder=0; j<(int)B.size() || Remainder; ++j)
        {
            long long Q = C[i+j] + A[i] * 1ll * (j < (int)B.size() ? B[j] : 0) + Remainder;
            C[i+j] = int (Q % base);
            Remainder = int (Q / base);
        }
    while (C.size() > 1 && C.back() == 0)
        C.pop_back();
    return C;
}
//------------------------------------------------
NUMBER RaiseToPower(const NUMBER A,const int N)
{
    NUMBER C=A;
    for(int i=1;i<N;i++)
        C=Multiplication(C,A);
    return C;
}
//------------------------------------------------
bool Bigger(const NUMBER A,const NUMBER B)
{
    if(A.size()<B.size())
    {
        return false;
    }
    else
        if(A.size()>B.size())
        {
            return true;
        }
        else
        {
            for(size_t i=A.size()-1;i>=0;i--)
            {
                if(A[i]>B[i])
                    return true;
                else
                    if(A[i]<B[i])
                        return false;
                    else
                        continue;
            }
        }
    return false;
}
//------------------------------------------------
bool Bigger(const NUMBER A,const int B)
{
    if(A[A.size()-1]>B)
    {
        return true;
    }
    else
    {
        return A.size()>1;
    }
}
//------------------------------------------------
NUMBER SubtractionOfEndpoints(const NUMBER A,const NUMBER B)
{
    NUMBER X;
    int Remainder = 0;
    if(Bigger(A,B))
    {
        X=A;
        for (size_t i=0; i<B.size() || Remainder; ++i) 
        {
            X[i] -= Remainder + (i < B.size() ? B[i] : 0);
            Remainder = X[i] < 0;
            if (Remainder)
                X[i] += base;
        }
        while (X.size() > 1 && X.back() == 0)
            X.pop_back();
    }
    else
    {
        X=B;
        for (size_t i=0; i<A.size() || Remainder; ++i) 
        {
            X[i] -= Remainder + (i < A.size() ? A[i] : 0);
            Remainder = X[i] < 0;
            if (Remainder)
                X[i] += base;
        }
        while (X.size() > 1 && X.back() == 0)
            X.pop_back();
    }
    return X;
}
//------------------------------------------------
NUMBER Root(const NUMBER Value,const int N)
{
    if(N==1)
        return Value;
    NUMBER Left,Right,Base,Tmp,SUB;
    Left.push_back(0);
    Right=Value;
    SUB=Value;
    Base.push_back(1);
    if(Bigger(Base,Value))
        return Value;
    while(Bigger(SUB,1))
    {
        Tmp=Summation(Left,Right);
        Tmp=Division(Tmp,2);
        Base=Tmp;
        SUB=SubtractionOfEndpoints(Right,Left);
 
        Tmp=RaiseToPower(Base,N);
    
        if(Tmp==Value)
        {
            return Base;
        }
        else
            if(Bigger(Tmp,Value))
            {
                Right=Base;
            }
            else
            {
                Left=Base;
            }
    }
    if(Bigger(RaiseToPower(Right,N),Value))
        Base=Left;
    else
        Base=Right;
    return Base;    
}
//=======================================================   
 
//============_MAIN_PART_============
 
int main(void)
{
    std::ios::sync_with_stdio(false);
    
    ifstream fin("input.txt");
    cin.rdbuf(fin.rdbuf());
    
    ofstream fout("output.txt");
    cout.rdbuf(fout.rdbuf());   
    
//  ifstream test_fin("T2.txt");
//  cin.rdbuf(test_fin.rdbuf());
 
    int N,M;
    NUMBER A,SUM,DIVSUM,PROD,P;
    CHRS str = new char[100];
    
//================================================================  
    
    cin >> N;
    PROD.push_back(1);
    for(int it_n=1;it_n<=N;it_n++)
    {
        cin >> M;
        SCANA(str,A);
        SUM=A;
        for(int it_m=1;it_m<M;it_m++)
        {
            SCANA(str,A);
            SUM=Summation(SUM,A);
        }
 
        DIVSUM=Division(SUM,M);
        PROD=Multiplication(DIVSUM,PROD);
    }
    P=Root(PROD,N);
    PRINTA(P);
    
//================================================================  
 
    delete[] str;
    return 0;
}
Условие (то ради чего всё и затеяно) и тест на котором падает прога (затрачивает 5 секунд вместо положеного <1 секунды, хотя запас ещё ого какой по входу) во вложениях.
Вложения
Тип файла: doc Problem.doc (20.5 Кб, 13 просмотров)
Тип файла: txt input.txt (3.7 Кб, 9 просмотров)
0
Programming
Эксперт
39485 / 9562 / 3019
Регистрация: 12.04.2006
Сообщений: 41,671
Блог
07.05.2019, 22:49
Ответы с готовыми решениями:

Извлечение корня, длинная арифметика
По заданному натуральному числу А требуется найти наибольшее число В такое, что B^2 &lt;= A. вот набросал, но прога работает медленно....

Нужен алгоритм извлечения квадратного корня
Здравствуйте, уважаемые форумчане.Недавно начал изучать C++ и столкнулся с проблемой.Мне необходимо извлечь квадратный корень, но функция...

Алгоритм для извлечения квадратного корня x из вещественного числа y
Составить блок-схему алгоритма для вычисления квадратного корня x из вещественного числа y. Примечание. Вычисление квадратного корня...

13
 Аватар для Kuzia domovenok
4268 / 3327 / 926
Регистрация: 25.03.2012
Сообщений: 12,536
Записей в блоге: 1
08.05.2019, 06:26
методом ньютона решить уравнение с корнем, не?
0
5 / 5 / 0
Регистрация: 04.05.2019
Сообщений: 32
08.05.2019, 12:08  [ТС]
Я не очень понимаю как в методе ньютона выбрать начальное приближение и как понять что пора прекратить. Ибо я пытался записывать его но, выходила какая-то чушь, не похожая на корень.

P.S. Метод Ньютона это же вот эта формула: Xi+1=Xi-f(Xi)/f'(Xi) ?
И за f(Xi) мы берем X^2, а за производную соответственно 2X, или нет?
0
Эксперт С++
 Аватар для grizlik78
2382 / 1666 / 279
Регистрация: 29.05.2011
Сообщений: 3,402
08.05.2019, 19:42
Цитата Сообщение от Clagron Посмотреть сообщение
P.S. Метод Ньютона это же вот эта формула: Xi+1=Xi-f(Xi)/f'(Xi) ?
И за f(Xi) мы берем X^2, а за производную соответственно 2X, или нет?
Это для квадратного корня. Для корня n-й степени формула получается немножко посложней.
За начальное приближение можно взять, например, двойку в степени делённого на n двоичного логарифма от заданного числа. Двоичный логарифм вычисляется сдвигами или делением.

Вот моя функция написанная на python (где поддержка длинных чисел уже есть). Находит целую часть корня степени n от положительного целого числа. Вроде правильно работает, но прям детально я её не тестировал.
Python
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
def root(a, n):
    assert n > 1
    x = 1
    b = a
    
    while b > 0:
        b >>= n;
        x <<= 1;
 
    n_1 = n - 1
    xn_1 = x**n_1
    while a < xn_1*x or a >= (x+1)**n:
        x = (n_1*x + a//xn_1) // n;
        xn_1 = x**n_1
    
    return x
Добавлено через 14 минут
Цитата Сообщение от grizlik78 Посмотреть сообщение
Это для квадратного корня. Для корня n-й степени формула получается немножко посложней.
Ну то есть результирующая формула получается сложнее, чем для квадрата.

https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?f(x) = a - x^n

https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?f'(x) = nx^{n-1}

https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?x_{i+1} = \frac{1}{n} \left((n-1)x_i + \frac{a}{x_i^{n-1}}\right)
1
5 / 5 / 0
Регистрация: 04.05.2019
Сообщений: 32
08.05.2019, 20:06  [ТС]
А что такое a в: f(x)=a-xn и xi+1=(1/n)((n-1)xi+a/xin-1) ?

P.S. Здесь я лучше объяснил ход своих мыслей: Метод Ньютона для извлечения корня

Добавлено через 9 минут
и ещё
Python
1
assert n>1
это
C++
1
if(n>1)
?

и что значит
Python
1
x**n_1
это умножение на данные по ссылке?

и вот это?
Python
1
//
0
зомбяк
 Аватар для TRam_
1585 / 1219 / 345
Регистрация: 14.05.2017
Сообщений: 3,940
08.05.2019, 20:32
Цитата Сообщение от Clagron Посмотреть сообщение
и ещё
PythonВыделить код
1
assert n>1
это
C++Выделить код
1
if(n>1)
?
Нет. Это
C++
1
2
if(n>1)
  throw std::invalid_argument(std::string("'n>1' with n = ")+std::to_string(n));
Добавлено через 3 минуты
Цитата Сообщение от Clagron Посмотреть сообщение
и что значит x**n_1
C++
1
std::pow(x,n_1)
1
Эксперт С++
 Аватар для grizlik78
2382 / 1666 / 279
Регистрация: 29.05.2011
Сообщений: 3,402
08.05.2019, 20:39
Цитата Сообщение от Clagron Посмотреть сообщение
и вот это?
//
А это целочисленное деление.

Добавлено через 1 минуту
Цитата Сообщение от Clagron Посмотреть сообщение
А что такое a
'a' — это число, из которого мы извлекаем корень.
1
зомбяк
 Аватар для TRam_
1585 / 1219 / 345
Регистрация: 14.05.2017
Сообщений: 3,940
08.05.2019, 20:41
Но естественно pow это для обычных чисел.
0
5 / 5 / 0
Регистрация: 04.05.2019
Сообщений: 32
08.05.2019, 20:58  [ТС]
Ладно. Буду разбираться.
0
5 / 5 / 0
Регистрация: 04.05.2019
Сообщений: 32
09.05.2019, 17:32  [ТС]
Разобрался с методом Ньютона и возникла одна проблема: необходимость не целочисленного деления (ибо в противном случае крайне велика вероятность зациклиться).
Есть ли какой-то способ, который обходился бы только целочисленным делением (кроме бисекции)? Просто реализовывать ради одной операции извлечения корня длинную вещественную арифметику как-то не радует.
0
Эксперт С++
 Аватар для grizlik78
2382 / 1666 / 279
Регистрация: 29.05.2011
Сообщений: 3,402
09.05.2019, 18:16
Цитата Сообщение от Clagron Посмотреть сообщение
необходимость не целочисленного деления (ибо в противном случае крайне велика вероятность зациклиться)
Есть какой-то реальный пример или вероятность чисто гипотетическая? Проверил свою реализацию на числах от 2 до 1000000 с корнями степени от 2 до 50, нигде ничего не зациклилось, везде получился правильный результат.
0
19 / 14 / 7
Регистрация: 14.03.2019
Сообщений: 71
09.05.2019, 18:48
а почему просто не использовать функцию sqrt() из заголовочного файла math.h ?
0
Эксперт С++
 Аватар для grizlik78
2382 / 1666 / 279
Регистрация: 29.05.2011
Сообщений: 3,402
09.05.2019, 18:58
Цитата Сообщение от Elisov Посмотреть сообщение
а почему просто не использовать функцию sqrt() из заголовочного файла math.h ?
Ну потому что, во-первых, эта функция находит квадратный корень, а нужен корень n-й степени, а во-вторых, эта функция не сможет найти точное значение целой части корня от большого целого числа ( у которого в десятичной записи, например, 20 и более цифр).
0
5 / 5 / 0
Регистрация: 04.05.2019
Сообщений: 32
09.05.2019, 19:27  [ТС]
Я вручную считал. И получалось, что если не использовать вещественное деление, то просто начинает скакать между двумя числами, при вещественном делении всё сходится к корню как и положено, достаточно лишь определится с желаемой точностью.

Добавлено через 1 минуту
Хммм... а вот если начальное приближение взять строго больше, то вроде всё тоже сходится как и положено.
Попробую реализовать.
0
Надоела реклама? Зарегистрируйтесь и она исчезнет полностью.
inter-admin
Эксперт
29715 / 6470 / 2152
Регистрация: 06.03.2009
Сообщений: 28,500
Блог
09.05.2019, 19:27
Помогаю со студенческими работами здесь

длинная арифметика
Долгое время бьюсь как составить программу по этой теме в интернете искал нашел это for (int i=(int)s.length(); i&gt;0; i-=9) if (i...

Длинная арифметика
:senor: Здраствуйте, пишу модуль длинной математики. В принципе, работоспособность у него положительная. Но в силу моей неопытности меня...

Длинная арифметика
нужен текст програмы на С, в которой был бы реализован алгоритм ввода-вывода длинного числа, разности двух длинных чисел и их сравнение.

Длинная арифметика
Программка уже почти готова, единственное неправильно находит остаток при делении По заданию: Надо ввести 2-ва целых числа неогран....

Длинная арифметика
Алгоритмы всех операций в принципе уже готовы (длина числа ограничивается только ресурсами ПК). Осталось только подобрать качественный...


Искать еще темы с ответами

Или воспользуйтесь поиском по форуму:
14
Ответ Создать тему
Новые блоги и статьи
Отображение реквизитов в документе по условию и контроль их заполнения
Maks 04.04.2026
Алгоритм из решения ниже реализован на примере нетипового документа "ПланированиеСпецтехники", разработанного в конфигурации КА2. Данный документ берёт данные из другого нетипового документа. . .
Фото всей Земли с борта корабля Orion миссии Artemis II
kumehtar 04.04.2026
Это первое подобное фото сделанное человеком за 50 лет. Снимок называют новым вариантом легендарной фотографии «The Blue Marble» 1972 года, сделанной с борта корабля «Аполлон-17». Новое фото. . .
Вывод диалогового окна перед закрытием, если документ не проведён
Maks 04.04.2026
Алгоритм из решения ниже реализован на примере нетипового документа "СписаниеМатериалов", разработанного в конфигурации КА2. Задача: реализовать программный контроль на предмет проведения документа. . .
Программный контроль заполнения реквизита табличной части документа
Maks 02.04.2026
Алгоритм из решения ниже реализован на примере нетипового документа "СписаниеМатериалов", разработанного в конфигурации КА2. Задача: реализовать контроль заполнения реквизита "ПричинаСписания". . .
wmic не является внутренней или внешней командой
Maks 02.04.2026
Решение: DISM / Online / Add-Capability / CapabilityName:WMIC~~~~ Отсюда: https:/ / winitpro. ru/ index. php/ 2025/ 02/ 14/ komanda-wmic-ne-naydena/
Программная установка даты и запрет ее изменения
Maks 02.04.2026
Алгоритм из решения ниже реализован на примере нетипового документа "СписаниеМатериалов", разработанного в конфигурации КА2. Задача: при создании документов установить период списания автоматически. . .
Вывод данных в справочнике через динамический список
Maks 01.04.2026
Реализация из решения ниже выполнена на примере нетипового справочника "Спецтехника" разработанного в конфигурации КА2. Задача: вывести данные из ТЧ нетипового документа. . .
Программное заполнения текстового поля в реквизите формы документа
Maks 01.04.2026
Алгоритм из решения ниже реализован на нетиповом документе "ВыдачаОборудованияНаСпецтехнику" разработанного в конфигурации КА2, в дополнении к предыдущему решению. На форме документа создается. . .
КиберФорум - форум программистов, компьютерный форум, программирование
Powered by vBulletin
Copyright ©2000 - 2026, CyberForum.ru