Python编程实现二分法和牛顿迭代法求平方根代码

yipeiwu_com7年前Python基础

求一个数的平方根函数sqrt(int num) ,在大多数语言中都提供实现。那么要求一个数的平方根,是怎么实现的呢?
实际上求平方根的算法方法主要有两种:二分法(binary search)和牛顿迭代法(Newton iteration)

1:二分法

求根号5

a:折半: 5/2=2.5
b:平方校验: 2.5*2.5=6.25>5,并且得到当前上限2.5
c:再次向下折半:2.5/2=1.25
d:平方校验:1.25*1.25=1.5625<5,得到当前下限1.25
e:再次折半:2.5-(2.5-1.25)/2=1.875
f:平方校验:1.875*1.875=3.515625<5,得到当前下限1.875

每次得到当前值和5进行比较,并且记下下下限和上限,依次迭代,逐渐逼近平方根:

import math 
from math import sqrt 
 
def sqrt_binary(num): 
  x=sqrt(num) 
  y=num/2.0 
  low=0.0 
  up=num*1.0 
  count=1 
  while abs(y-x)>0.00000001: 
    print count,y 
    count+=1     
    if (y*y>num): 
      up=y 
      y=low+(y-low)/2 
    else: 
      low=y 
      y=up-(up-y)/2 
  return y 
 
print(sqrt_binary(5)) 
print(sqrt(5)) 

运行结果:
1 2.5
2 1.25
3 1.875
4 2.1875
5 2.34375
6 2.265625
7 2.2265625
8 2.24609375
9 2.236328125
10 2.2314453125
11 2.23388671875
12 2.23510742188
13 2.23571777344
14 2.23602294922
15 2.23617553711
16 2.23609924316
17 2.23606109619
18 2.23608016968
19 2.23607063293
20 2.23606586456
21 2.23606824875
22 2.23606705666
23 2.2360676527
24 2.23606795073
25 2.23606809974
26 2.23606802523
27 2.23606798798
2.23606796935
2.2360679775
[Finished in 0.1s]

经过27次二分法迭代,得到的值和系统sqrt()差别在0.00000001,精度在亿分之一,

0.001需要迭代8次

因此,在对精度要求不高的情况下,二分法也算比较高效的算法。

2:牛顿迭代

仔细思考一下就能发现,我们需要解决的问题可以简单化理解。

从函数意义上理解:我们是要求函数f(x)=x²,使f(x)=num的近似解,即x²-num=0的近似解。

从几何意义上理解:我们是要求抛物线g(x)=x²-num与x轴交点(g(x)=0)最接近的点。

我们假设g(x0)=0,即x0是正解,那么我们要做的就是让近似解x不断逼近x0,这是函数导数的定义:

可以由此得到

从几何图形上看,因为导数是切线,通过不断迭代,导数与x轴的交点会不断逼近x0。

对于一般情况:

将m=2代入:

def sqrt_newton(num): 
  x=sqrt(num) 
  y=num/2.0 
  count=1 
  while abs(y-x)>0.00000001: 
    print count,y 
    count+=1 
    y=((y*1.0)+(1.0*num)/y)/2.0000 
  return y 
 
print(sqrt_newton(5)) 
print(sqrt(5)) 

运行结果:
1 2.5
2 2.25
3 2.23611111111
2.23606797792
2.2360679775

精确到亿分之一,牛顿法只迭代了3次,是二分法的十倍

3:利用牛顿法求开立方

def cube_newton(num): 
  x=num/3.0 
  y=0 
  count=1 
  while abs(x-y)>0.00000001: 
    print count,x 
    count+=1 
    y=x 
    x=(2.0/3.0)*x+(num*1.0)/(x*x*3.0) 
  return x 
 
print(cube_newton(27))  

微积分、概率、线代是高级算法的基础课。可是,这么多年,已经忘得差不多了..............................

总结

以上就是本文关于Python编程实现二分法和牛顿迭代法求平方根代码的全部内容,希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站其他相关专题,如有不足之处,欢迎留言指出。

相关文章

python实现单目标、多目标、多尺度、自定义特征的KCF跟踪算法(实例代码)

单目标跟踪: 直接调用opencv中封装的tracker即可。 #!/usr/bin/env python3 # -*- coding: utf-8 -*- """ Created...

Python中用Ctrl+C终止多线程程序的问题解决

复制代码 代码如下:#!/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- #filename: peartest.py imp...

测试、预发布后用python检测网页是否有日常链接

在大的互联网公司干技术的基本都会碰到测试、预发布、线上这种多套环境的,来实现测试和线上正式环境的隔离,这种情况下,就难免会碰到秀逗了把测试的链接发布到线上的情况,一般这种都是通过一些测试...

利用Python读取txt文档的方法讲解

利用Python读取txt文档的方法讲解

在G:/PythonPractise文件夹下新建一个名为record.txt的文本文档,写入如下图所示四行内容并保存。 打开python3的idle,开始写代码。 方法一代码和运行结果...

python实现问号表达式(?)的方法

python中的and和or和其它语言的区别很大其它语言中的and和or都是返回bool类型的结果,python不是。它返回的是做and和or运算的其中一个值。那个值决定了这个表达式的值...