Как взять корень в c

chipenable.ru

Разделы

Быстрое вычисление квадратного корня на Си

18/01/2013 — 01:11 Pavel Bobkov

При программировании микроконтроллеров разработчики иногда сталкиваются с проблемой вычисления квадратного корня. Например, данная операция требуется при выполнении быстрого преобразования Фурье или вычислении среднеквадратического значения сигнала.
В стандартной библиотеке Си – math.h, есть функция для вычисления квадратного корня sqrt(), которой при желании можно воспользоваться. Она работает с числами типа float, обеспечивает высокую точность результата, но требует для своей работы длительного времени. Для микроконтроллера AVR это порядка 3000 циклов тактовой частоты (проверено в компиляторе IAR на разных уровнях оптимизации).
Если к точности вычисления корня не предъявляются высокие требования, можно воспользоваться упрощенным алгоритмом, занимающим меньше места в памяти и выполняющим вычисления в несколько раз быстрее.

Алгоритм выглядит так.

unsigned int root(unsigned int x)

unsigned int a,b;
b = x;
a = x = 0x3f;
x = b/x;
a = x = (x+a)>>1;
x = b/x;
a = x = (x+a)>>1;
x = b/x;
x = (x+a)>>1;
return(x);
>

Как мне подсказали умные люди, алгоритм основан на итерационной формуле Герона.

где А – фиксированное положительное число, а X1 – любое положительное число.
Итерационная формула задаёт убывающую (начиная со 2-го элемента) последовательность, которая при любом выборе X1 быстро сходится к квадратному корню из числа А.

Ради интереса я переписал алгоритм в явном виде. Скомпилированный, он ничуть не потерял ни в быстродействии, ни в объеме. Объем даже на пару байтов уменьшился.

 
unsigned int root1(unsigned int a)
 unsigned int x; 
x = (a/0x3f + 0x3f)>>1; 
x = (a/x + x)>>1; 
x = (a/x + x)>>1; 
return(x); 
>

Недостатки приведенного кода в том, что он работает только с целыми 16-ти разрядными числами и при больших значениях аргумента вычисления становятся не точными. Правда, точность вычислений можно повысить, добавив еще несколько итераций, но за это естественно придется платить быстродействием.

Код занимает прядка 70 байт и выполняется ~ за 700 циклов. Данные получены в компиляторе IAR AVR при medium оптимизация по скорости.

Точность вычисления данного алгоритма можно оценить по приведенному ниже графику. Синий график построен по значениям, полученным c помощью библиотечной функции sqrt(), красный график по значениям функции root().

Сравнение двух функций извлечения квадратного корня

В ходе обсуждения моей заметки, те же самые умные люди подсказали еще один алгоритм вычисления квадратного корня.


unsigned int isqrt(unsigned int x)
 unsigned int m, y, b; 
m = 0x4000; 
y = 0; 
while (m != 0) b = y | m; 
y = y >> 1; 
if (x >= b) x = x - b; 
y = y | m; 
> 
m = m >> 2; 
> 
return y;
>

Related items

Планировщик для микроконтроллера
Медианный фильтр
AVR4027: Трюки и советы по оптимизации Си кода для 8-и разрядных AVR микроконтроллеров. Ч.2
AVR4027: Трюки и советы по оптимизации Си кода для 8-и разрядных AVR микроконтроллеров. Ч.1
Что размещать в заголовочном файле .h?

Comments

# Nobody 2013-01-18 02:58
К сожалению, не могу раскрыть подробности его работы, потому что они мне неизвестны.
Это итерационная формула Герона, если добавить ещё одну итерацию, то точность увеличится.
# Nobody 2013-01-18 05:30

Хотя, я был не прав. По итерационной формуле Герона нужно 8 делений для получения приближенного ответа. В описанном вами методе можно увеличить точность добавив ещё одну итерацию:
x = b/x;
a = x = (x+a)>>1;
Но для AVR, данный алгоритм не оптимальный, т.к. деление выполняется долго. Посмотрите на метод бинарного поиска целочисленного квадратного корня (только умножение и сложение), описан в книге «Алгебраические трюки для программиста». Там ещё описан алгоритм без умножения, только сдвиги, сложения и битовые операции. Можно попробовать адаптировать для AVR его, тогда выигрыш во времени будет значительный.

# Pashgan 2013-01-18 06:40

Да нет, все правильно. В википедии приведена формула Герона.
Xn+1 = (Xn + A/Xn)*1/2
A — число из которого требуется вычислить корень, X1 — любое положительное число.

# Pashgan 2013-01-18 07:01

Если написать код так
Code:
unsigned int root(unsigned int a)
unsigned int x;
x = (a/0x3f + 0x3f)>>1;
x = (a/x + x)>>1;
x = (a/x + x)>>1;
return(x);
>

получаются точно такие же результаты. Как по ответам, так и по скорости исполнения кода. А по объему даже небольшой выигрыш. Зачем надо было так мудрить?

# spkik 2016-04-07 13:25
Quoting Nobody:

подскажите пожалуйста как проделать это с переменной типа long?

# Nikolay 2013-01-18 07:43
Добрый день. Уважаемый, Pashgan, вот ви пишете Quote:
— компактность (~80 байтов), — скорость выполнения (~1000 циклов для AVR).
Можете рассказать как вы определяете сколько занимает и сколько циклов выполняется код?
# Neptun 2013-01-18 09:37

Напишу как делаеться в AVR Studio. Пишеться код — компилим,смотри м сколько занял,добавляем функцию — и смотрим новий размер кода. Разница между новым и старым значение есть размер функции.

Для скорости выполнения. ставим брейкпойнт перед вызовом функции и после,запускаем симуляцию — обнуляем cycle counter,запуска ем симуляцию — и новое значение будеть скоростью выполнения (также можно увидеть сколько время исполняеться функция в мкс или мс).

# Pashgan 2013-01-18 11:19

Для IAR`a . Нужно включить опцию создания листинга программы. Project > Options > C/C++ Compiler > List галочка Output list file. Если включить еще и Assembler mnemonics в lst файле будет ассемблерный код, сгенерированный компилятором из твоей программы. Эта информация полезна для оптимизации сишного кода, конечно, если ты знаешь ассемблер.
Затем запускаешь компиляцию проекта и с левой стороны (в окне отображения структуры проекта) ищешь файлы с расширением *.lst Они будут созданы для каждого программного модуля. В конце этого файла есть табличка со списком функций и значениями занимаемой памяти.

Чтобы прикинуть скорость выполнения какого-нибудь куска кода (обычно функции), я прогоняю этот код в программном симуляторе IAR`a. Включаю опцию Project > Options > Linker > Debug Information . Запускаю компиляцию и отладку с помощью кнопки Debug (Ctrl+D). Устанавливаю брейкпоинты, открываю окно с регистрами микроконтроллер а (меню View > Register) и запускаю код на выполнение по шагам (F11) или непрерывно (f5). В окне регистров в разделе CPU Register есть строка CYCLES. Она отображает число прошедших тактов. По показаниям этого числа можно прикинуть сколько тактов занимает выполнение функции.

То же самое можно делать и в AVR Studio. Там это даже лучше получается, потому что студия моделирует прерывания, а IAR нет.

# Nobody 2013-01-18 09:44

У меня нет компилятора для AVR под рукой.
Можете проверить функцию:
Code:
unsigned int isqrt(unsigned int x)
unsigned int m, y, b;
m = 0x4000;
y = 0;
while (m != 0)
b = y | m;
y = y >> 1;
if (x >= b)
x = x — b;
y = y | m;
>
m = m >> 2;
>
return y;
>

Сколько занимает и как долго выполняется?

# Neptun 2013-01-18 11:04
Quoting Nobody:

У меня нет компилятора для AVR под рукой.
Можете проверить функцию:
unsigned int isqrt(unsigned int x)
unsigned int m, y, b;
m = 0x4000;
y = 0;
while (m != 0)
b = y | m;
y = y >> 1;
if (x >= b)
x = x — b;
y = y | m;
>
m = m >> 2;
>
return y;
>
Сколько занимает и как долго выполняется?

F = 8 MHz, ATmega8, optimization O0 (none):

размер 14 байт.
скорость 540 циклов — 67.5uS

F = 8 MHz, ATmega8, optimization Os (none):

размер 14 байт.
скорость 2 циклf — 0.25uS

# Neptun 2013-01-18 11:07

Код которий тестировал:

unsigned int value = 0;

unsigned int isqrt(unsigned int x)
unsigned int m, y, b;
m = 0x4000;
y = 0;
while (m != 0)
b = y | m;
y = y >> 1;

int main(void)
asm(«nop»);
value = isqrt(4096);
asm(«nop»);

# Pashgan 2013-01-18 11:33
У меня в IAR` получилось 52 байта, 180 тактов при LOW оптимизации по размеру кода
# spkik 2016-04-07 13:27
Quoting Nobody:

Сколько занимает и как долго выполняется?

подскажите пожалуйста как проделать это с переменной типа long?
# Neptun 2016-04-07 15:49

тоже самое но с типом long
unsigned long isqrt(unsigned long x)
unsigned long m, y, b;
m = 0x4000;
y = 0;
while (m != 0)
b = y | m;
y = y >> 1;
if (x >= b)
x = x — b;
y = y | m;
>
m = m >> 2;
>
return y;
>

# Васьок 2014-10-09 12:34

Пользовался детским алгоритмом, на мой взгляд достаточно быстр и достаточно компактный. Идея в том что от числа последовательно отнимаются все нечётные числа, и сколько вычитаний удалось сделать, таков и корень числа. Пример, число 49;
1) 49 — 1 = 48
2) 48 — 3 = 45
3) 45 — 5 = 40
4) 40 — 7 = 33
5) 33 — 9 = 24
6) 24 — 11 = 13
7) 13 — 13 = 0

7 циклов, корень числа 49 — 7.

И кстати при работе с МК типа AVR-ки лучше избегать делений, т.к. у AVR ядра нет аппаратного деления, а программное занимает дофига тактов. Другое дело ARM Cortex-M3 и выше, у которых деление выполняется за 2. 12 тактов.

# Петгосян 2016-11-20 13:37

У функции корня есть некоторые свойства симметрии, которые позволяют вычислять ее только на некотором отрезке, а потом решение распространить на всю ось. Например,
sqrt(a*2^16)=2^ 8*sqrt(a).

Удобно в качестве такого отрезка взять значения [2^30-2^31), потому что остальные значения можно свести к нему побитовым сдвигом и при этом не будет происходить потеря точности. Сначала вычисляем первый значащий бит (программно половинным делением или процессорной инструкцией, например на ARM это __clz). Потом сдвигаем входное число на это кличество бит и вычисляем корень, полученное значение сдвигаем обратно на в два раза меньшее количество).
Для вычисления корня на отрезке интерполируем его многочленом Лагранжа (параболой). Например, возьмем в качестве точек многочлена 2^30, 1,5 * 2^30, 2^31. Можно воспользоваться сторонним сервисом, и не возиться с вычислением коэффициентов. У меня получилась такая формула:
-x^2/499100218444523 + x/52370 + 14575
Очевидно, напрямую её использовать нельзя, потому что значения не влазят даже в диапазон целых. Но надо учесть, что нам важны только 16 бит результата, поэтому можно немного схитрить и вынести что-то за скобки.
(-x/9530269590 + 1) * x/52370 + 14575
(-x/145420 + 65536) * (x/65536) / 52370 + 14575
Ну и последнее — заменить деление на умножение. Допустим, у нас в резерве 30 бит числа. Мы хотим поделить некое число x, например, на 543. Вычисляем, в числе 543 есть 10 бит, в х 16 бит.
x / 543 * 2^26 / 2^26
x * (2^26 / 543) / 2^26
x * 123589 / 2^26
Теперь эти знания применяем к своему многочлену.
(-x/2^14 * 7384 / 2^16 + 2^16) * (x/2^16) / 2^16 * 20503 / 2^14 + 14575
Не ручаюсь за правильность коэффициентов, надо внимательно проверить.
Когда писал, не учел одну штуку, число бит может быть нечетным, отрезок надо брать больше.

Естественно, алгоритм будет быстро работать при наличии аппаратного умножения.

# Петгосян 2016-11-20 13:38

Если умножение делается за один такт, можно сделать вычисление корня побитовым подбором. На первой итерации выставляем 16 бит в 1, возводим в квадрат, сравниваем с входным числом. Если больше, сбрасываем бит. Потом с 15 битом повторяем то же самое и т.д. Как в АЦП.

# nebelwerfer 2017-01-22 14:19

А что за магическое число:
Code: m = 0x4000; ?
Это половина от максимума int ?
А вот 2й вариант работает отлично, спасибо!
Мне нужно считать корни из больших чисел до 250 000 000, поэтому увеличил количество:
Code: x = (a/x + x)>>1;
до 7 и точность приемлима.

У вас недостаточно прав для комментирования.

ITExplain

Please read How to support Ukraine if you haven’t done it yet!

Как в C++ извлечь корень

Spread the love

Для того, чтобы квадратный корень в C++ достаточно использовать функцию sqrt , которая находится в библиотеке math.h .

Функция sqrt принимает один аргумент: число, для которого нужно найти квадратный корень
double sqrt ( double x );

using namespace std;

int main ()
<
printf (“%g”, sqrt (1024));
return 0;
>

Результатом работы данной программы будет вывод числа 32, что и есть квадратным корнем числа 1024.

Cookie	Duration	Description
cookielawinfo-checkbox-analytics	11 months	This cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category «Analytics».
cookielawinfo-checkbox-functional	11 months	The cookie is set by GDPR cookie consent to record the user consent for the cookies in the category «Functional».
cookielawinfo-checkbox-necessary	11 months	This cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookies is used to store the user consent for the cookies in the category «Necessary».
cookielawinfo-checkbox-others	11 months	This cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category «Other.
cookielawinfo-checkbox-performance	11 months	This cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category «Performance».
viewed_cookie_policy	11 months	The cookie is set by the GDPR Cookie Consent plugin and is used to store whether or not user has consented to the use of cookies. It does not store any personal data.

Как извлечь корень из числа?

Как извлечь квадратный корень числа?
Как в С++ найти корень с чисел 4 , 9 , 16 , 25 и так далее

Как извлечь квадратный корень из числа?
как вычислить корень из числа в консольном виде , я имею ввиду код для консольного приложения

Извлечь любой корень из любого большого числа
нужно разработать Windows-приложение для извлечения любого корня из любого большого числа. как бы.

Заблокирован
Light Knight
106 / 29 / 5
Регистрация: 03.06.2010
Сообщений: 361
если квадратный то

sqrt()

из библиотеки cmath или math.h
Регистрация: 28.05.2010
Сообщений: 24

неоюходима стандартная библиотека $и функция sqrt ()$

printf ("%.2f", sqrt (900.0));

n = sqrt (x);

Эксперт Python Эксперт Java Эксперт C Эксперт С++

12243 / 7373 / 1734
Регистрация: 25.07.2009
Сообщений: 13,521
AKE, корень у из числа х

1 2 3 4 5 6 7

#include . double x, y, r; . /* инициировать х и у */ r = pow(x, 1.0 / y); .

Регистрация: 09.05.2010
Сообщений: 384
123 / 123 / 17
Регистрация: 30.06.2010
Сообщений: 478

А на Delphi? стоит такая задача, вычислить среднее геометрическое 2х чисел.
ср. геометрическое это sqrt(1е число+2е число) только sqrt не подходит, пишет ошибку. может нужно подключить какую то библиотеку?

Добавлено через 29 минут
еще нюансы нужно выводить в MEMO
у меня сейчас пока так

1 2 3 4 5 6 7 8 9

procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject); var c,d,e: integer; begin c:=StrToInt(Edit1.Text); d:=StrToInt(Edit2.Text); e:=sqrt(c+d); memo1.Lines.Add(IntToStr(e)); end;

Квадратный корень в программировании: как вычислить в разных языках

Квадратный корень в программировании вычисляется во многих языках программирования при помощи специальных функций. Но есть языки, в которых нет встроенных функций для извлечения корня, — тогда в них приходится «изворачиваться» собственными методами. Поэтому важно вспомнить, что такое корень числа, из курса математики, чтобы правильно его извлекать «собственными методами».

Квадратный корень из числа А — это некое число В, которое при умножении на сам о себя (возведение во 2-ю степень) дает число А. Все это можно выразить формулой: А=В 2 или А=В*В.

Извлечением корня из числа А называют операцию по поиску числа В. Мы покажем , как это делается в нескольких языках программирования.

Извлечение корня в Java

При программировании на Java извлечение корня происходит при помощи класса «Math» и метода «static double sqrt(double a)».

Как выглядит извлечение корня в коде:

public class TestSqrt

public static void main(String[] args)

int x = 9;

double y = Math.sqrt(x);

System.out.println(«Корень квадратный из числа » + x + » будет равен » + y);

Запустив эту программу , мы получим следующий результат:

Корень квадратный из числа 9 будет равен 3

Извлечение корня в Python

Для вычисления квадратного корня в Python применяется функция «sqrt()», которая расположена в модуле «math».

Как извлечение корня выглядит в коде:

import math

num b er = 9

sqrt = math.sqrt(number)

print(«Корень квадратный из числа » + str(number) + » будет равен » + str(sqrt))

Запустив эту программу , мы получим следующий результат:

Корень квадратный из числа 9 будет равен 3

Есть еще один изящный способ извлеч ения кор ня на языке программирования Python — применить возведение в степень «0 , 5». Кстати, такой способ применим и в других языках программирования, где отсутствует функция для вычисления квадратного корня. Как это выглядит в коде:

number = 9

sqrt = number ** (0.5)

print («Корень квадратный из числа «+str(num)+» будет равен «+str(sqrt))

Запуск этой программы выдаст такой же результат, как и в первом случае:

Корень квадратный из числа 9 будет равен 3

Напомним, что символы «**» являются оператором возведения в степень.

Как извлечь квадратный корень в Си

Извлечь корень на С/С++ не сложнее, чем в предыдущих языках программирования, так как здесь для вычисления квадратного корня применяется такая же функция sqrt() из модуля «cmath».

Как извлечение корня выглядит в коде:

#include

using namespace std;

int main()

double y = 9, result;

result = sqrt(y);

cout < < “Корень квадратный из числа “ < < y < < “будет равен “ < < result < < endl;

return 0;

Запустив эту программу , мы получим следующий результат:

Корень квадратный из числа 9 будет равен 3

Заключение

Квадра т ный корень в программировании не сложно вычислить, если язык программирования содержит стандартные функции и модули для того, чтобы осуществлять подобные вычисления. В других же случая х п ридется искать дополнительные методы, например , такой как возведение числа в степень 0 , 5.

Мы будем очень благодарны

если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.

Как взять корень в c