C語言中開平方的算法中要開平方的話,可以在頭文件中加#include 。然后調(diào)sqrt(n);函數(shù)即可。但在單片機(jī)中要開平方。可以用到下面算法:
算法1:
本算法只采用移位、加減法、判斷和循環(huán)實(shí)現(xiàn),因?yàn)樗恍枰↑c(diǎn)運(yùn)算,也不需要乘除運(yùn)算,因此可以很方便地運(yùn)用到各種芯片上去。
我們先來看看10進(jìn)制下是如何手工計(jì)算開方的。
先看下面兩個(gè)算式,
x = 10*p + q (1)
公式(1)左右平方之后得:
x^2 = 100*p^2 + 20pq + q^2 (2)
現(xiàn)在假設(shè)我們知道x^2和p,希望求出q來,求出了q也就求出了x^2的開方x了。
我們把公式(2)改寫為如下格式:
q = (x^2 - 100*p^2)/(20*p+q) (3)
這個(gè)算式左右都有q,因此無法直接計(jì)算出q來,因此手工的開方算法和手工除法算法一樣有一步需要猜值。
我們來一個(gè)手工計(jì)算的例子:計(jì)算1234567890的開方
首先我們把這個(gè)數(shù)兩位兩位一組分開,計(jì)算出最高位為3。也就是(3)中的p,最下面一行的334為余數(shù),也就是公式(3)中的(x^2 - 100*p^2)近似值
3 --------------- | 12 34 56 78 90 9 --------------- | 3 34
下面我們要找到一個(gè)0-9的數(shù)q使它最接近滿足公式(3)。我們先把p乘以20寫在334左邊:
3 q --------------- | 12 34 56 78 90 9 --------------- 6q| 3 34
我們看到q為5時(shí)(60+q*q)的值最接近334,而且不超過334。于是我們得到:
3 5 --------------- | 12 34 56 78 90 9 --------------- 65| 3 34 | 3 25 --------------- 9 56
接下來就是重復(fù)上面的步驟了,這里就不再啰嗦了。
這個(gè)手工算法其實(shí)和10進(jìn)制關(guān)系不大,因此我們可以很容易的把它改為二進(jìn)制,改為二進(jìn)制之后,公式(3)就變成了:
q = (x^2 - 4*p^2)/(4*p+q) (4)
我們來看一個(gè)例子,計(jì)算100(二進(jìn)制1100100)的開方:
1 0 1 0 --------------- | 1 10 01 00 1 --------------- 100| 0 10 | 0 00 --------------- | 10 011001| 10 01 --------------- 0 00
這里每一步不再是把p乘以20了,而是把p乘以4,也就是把p右移兩位,而由于q的值只能為0或者1,所以我們只需要判斷余數(shù)(x^2 - 4*p^2)和(4*p+1)的大小關(guān)系,如果余數(shù)大于等于(4*p+q)那么該上一個(gè)1,否則該上一個(gè)0。
下面給出完成的C語言程序,其中root表示p,rem表示每步計(jì)算之后的余數(shù),divisor表示(4*p+1),通過a》》30取a的最高 2位,通過a《《=2將計(jì)算后的最高2位剔除。其中root的兩次《《1相當(dāng)于4*p。程序完全是按照手工計(jì)算改寫的,應(yīng)該不難理解。
unsigned short sqrt(unsigned long a){
unsigned long rem = 0;
unsigned long root = 0;
unsigned long divisor = 0;
for(int i=0; i《16; i++){
root 《《= 1;
rem = ((rem 《《 2) + (a 》》 30));
a 《《= 2;
divisor = (root《《1) + 1;
if(divisor 《= rem){
rem -= divisor;
root++;
}
}
return (unsigned short)(root);
}
算法2 :單片機(jī)開平方的快速算法
因?yàn)楣ぷ鞯男枰趩纹瑱C(jī)上實(shí)現(xiàn)開根號的操作。目前開平方的方法大部分是用牛頓
迭代法。我在查了一些資料以后找到了一個(gè)比牛頓迭代法更加快速的方法。不敢獨(dú)享,介
紹給大家,希望會(huì)有些幫助。
1.原理
因?yàn)榕虐娴脑?,用pow(X,Y)表示X的Y次冪,用B[0],B[1],。..,B[m-1]表示一個(gè)序列,
其中[x]為下標(biāo)。
假設(shè):
B[x],b[x]都是二進(jìn)制序列,取值0或1。
M = B[m-1]*pow(2,m-1) + B[m-2]*pow(2,m-2) + 。.. + B[1]*pow(2,1) + B[0]*pow
(2,0)
N = b[n-1]*pow(2,n-1) + b[n-2]*pow(2,n-2) + 。.. + b[1]*pow(2,1) + n[0]*pow
(2,0)
pow(N,2) = M
(1) N的最高位b[n-1]可以根據(jù)M的最高位B[m-1]直接求得。
設(shè) m 已知,因?yàn)?pow(2, m-1) 《= M 《= pow(2, m),所以 pow(2, (m-1)/2) 《= N 《=
pow(2, m/2)
如果 m 是奇數(shù),設(shè)m=2*k+1,
那么 pow(2,k) 《= N 《 pow(2, 1/2+k) 《 pow(2, k+1),
n-1=k, n=k+1=(m+1)/2
如果 m 是偶數(shù),設(shè)m=2k,
那么 pow(2,k) 》 N 》= pow(2, k-1/2) 》 pow(2, k-1),
n-1=k-1,n=k=m/2
所以b[n-1]完全由B[m-1]決定。
余數(shù) M[1] = M - b[n-1]*pow(2, 2*n-2)
(2) N的次高位b[n-2]可以采用試探法來確定。
因?yàn)閎[n-1]=1,假設(shè)b[n-2]=1,則 pow(b[n-1]*pow(2,n-1) + b[n-1]*pow(2,n-2),
2) = b[n-1]*pow(2,2*n-2) + (b[n-1]*pow(2,2*n-2) + b[n-2]*pow(2,2*n-4)),
然后比較余數(shù)M[1]是否大于等于 (pow(2,2)*b[n-1] + b[n-2]) * pow(2,2*n-4)。這種
比較只須根據(jù)B[m-1]、B[m-2]、。..、B[2*n-4]便可做出判斷,其余低位不做比較。
若 M[1] 》= (pow(2,2)*b[n-1] + b[n-2]) * pow(2,2*n-4), 則假設(shè)有效,b[n-2] =
1;
余數(shù) M[2] = M[1] - pow(pow(2,n-1)*b[n-1] + pow(2,n-2)*b[n-2], 2) = M[1] -
(pow(2,2)+1)*pow(2,2*n-4);
若 M[1] 《 (pow(2,2)*b[n-1] + b[n-2]) * pow(2,2*n-4), 則假設(shè)無效,b[n-2] =
0;余數(shù) M[2] = M[1]。
(3) 同理,可以從高位到低位逐位求出M的平方根N的各位。
使用這種算法計(jì)算32位數(shù)的平方根時(shí)最多只須比較16次,而且每次比較時(shí)不必把M的各位逐
一比較,尤其是開始時(shí)比較的位數(shù)很少,所以消耗的時(shí)間遠(yuǎn)低于牛頓迭代法。
2. 實(shí)現(xiàn)代碼
這里給出實(shí)現(xiàn)32位無符號整數(shù)開方得到16位無符號整數(shù)的C語言代碼。
-------------------------------------------------------------------------------
/****************************************/
/*Function: 開根號處理 */
/*入口參數(shù):被開方數(shù),長整型 */
/*出口參數(shù):開方結(jié)果,整型 */
/****************************************/
unsigned int sqrt_16(unsigned long M)
{
unsigned int N, i;
unsigned long tmp, ttp; // 結(jié)果、循環(huán)計(jì)數(shù)
if (M == 0) // 被開方數(shù),開方結(jié)果也為0
return 0;
N = 0;
tmp = (M 》》 30); // 獲取最高位:B[m-1]
M 《《= 2;
if (tmp 》 1) // 最高位為1
{
N ++; // 結(jié)果當(dāng)前位為1,否則為默認(rèn)的0
tmp -= N;
}
for (i=15; i》0; i--) // 求剩余的15位
{
N 《《= 1; // 左移一位
tmp 《《= 2;
tmp += (M 》》 30); // 假設(shè)
ttp = N;
ttp = (ttp《《1)+1;
M 《《= 2;
if (tmp 》= ttp) // 假設(shè)成立
{
tmp -= ttp;
N ++;
}
}
return N;
}
以上都是網(wǎng)絡(luò)查找的資料,有些晦澀難懂,不過在實(shí)際運(yùn)用中可以使用這些算法。
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