STL系列之七 快速计算x的n次幂 power()的实现
来源:互联网 发布:淘宝实名资料 编辑:程序博客网 时间:2024/04/25 17:31
计算x的n次幂最简单直接的方法就是相乘n次,很容易写出程序:
- //计算x^n 直接乘n次 by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows )
- int power1(int x, unsigned int n)
- {
- int result = 1;
- while (n--)
- result *= x;
- return result;
- }
这种计算的效率显然不高,我们可以用二分法来加速计算x^n=x^(n/2)* x^(n/2)即x^10=x^5*x^5,这种计算N次幂只要相乘O(logN)次。运用递归的方法不难写出:
- //计算x^n 二分递归实现 by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows )
- int power2(int x, unsigned int n)
- {
- if (n == 0)
- return 1;
- else if (n == 1)
- return x;
- else
- {
- if (n % 2 == 1)
- return power2(x, n / 2) * power2(x, n / 2) * x;
- else
- return power2(x, n / 2) * power2(x, n / 2);
- }
- }
递归毕竟比较浪费时间,且会有很多重复计算。
因此最好能换成非递归的方式来实现二分法。
考虑x^23,可以先从x ->x^2 -> x^4 -> x^8 -> x^16 取result1 = x^16,然后23-16=7。
我们只要计算x^7再与result1相乘就可以得到x^23。对于x^7也可以采用这种方法
取result2 = x^4,然后7-4=3,只要计算x^3再与result2相乘就可以得到x^7。由此可以将x^23写成x^16 * x^4* x^2 * x,即23=16+4+2+1,而23 = 10111(二进制),所以只要将n化为二进制并由低位到高位依次判断如果第i位为1,则result *=x^(2^i)。
函数实现如下:
- //计算x^n by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows )
- int power3(int x, unsigned int n)
- {
- if (n == 0)
- return 1;
- int result = 1;
- while (n != 0)
- {
- if ((n & 1) != 0)
- result *= x;
- x *= x;
- n >>= 1;
- }
- return result;
- }
此函数可以在相乘O(logN)次内计算x的n次幂,且避免了重复计算。但还可以作进一步的优化,如像48=110000(二进制)这种低位有很多0的数,可以先过滤掉低位的0再进行计算,这样也会提高一些效率。程序如下:
- //计算x^n by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows )
- int power4(int x, unsigned int n)
- {
- if (n == 0)
- {
- return 1;
- }
- else
- {
- while ((n & 1) == 0)
- {
- n >>= 1;
- x *= x;
- }
- }
- int result = x;
- n >>= 1;
- while (n != 0)
- {
- x *= x;
- if ((n & 1) != 0)
- result *= x;
- n >>= 1;
- }
- return result;
- }
验证一下
- int main()
- {
- printf("验证power4() -- by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows ) --\n\n");
- for (int i = 0; i <= 10; i++)
- printf("2的%d次方为\t%d\n", i, power4(2, i));
- return 0;
- }
结果为
注,非常感谢网友evaxiao帮我找出了power4()的一个错误,我已经在文中改正了,谢谢网友evaxiao。
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