4

В математике x == sqrt(x * x)

В C++ есть функция sqrt. Если мы работает с целыми числами (int,long) можем ли мы быть уверенными, что

i == (int) sqrt(i * i) 

Для всего положительного диапазона целых чисел таких, что i * i <= MAX_INTEGER?

3
  • 1
    Java и с++/с нельзя смешивать. Java работает по алгоритму виртуальной машины, которая должна обеспечить одинаковый результат вне зависимости от платформы. с++/с - позволяет создаёт код для процессора, и на одной птатформе может быть один результат, а на другой - другой результат. В общем виде считаю задачу неразрешимой.
    – nick_n_a
    16 фев 2021 в 15:47
  • 2
    Думаю, что вот так - можете: i == (int) (sqrt(i * i)+0.5)
    – Harry
    16 фев 2021 в 15:48
  • 1
    В С++ sqrt для работы с целыми числами в стандартной библиотеке отсутствует. Если i - int, то выражение i == (int) sqrt(i * i) будет содержать аж 3 неопределенных поведения. 16 фев 2021 в 16:07

1 ответ 1

9

Стандарт арифметики с плавающей точкой IEEE 754-2008 требует, чтобы результат следующих операций над числами с плавающей точкой:

  • сложение,
  • вычитание,
  • умножение,
  • деление,
  • извлечение квадратного корня

был в точности таким, как если бы вычисления производились по следующему алгоритму:

  1. Найти точный вещественный результат операции;
  2. Округлить точный результат до числа с плавающей точкой в соответствии с требуемым режимом округления.

Стандарт определяет несколько режимов округления точного вещественного результата (в сторону положительной бесконечности, в сторону отрицательной бесконечности, в сторону нуля, а также до ближайшего числа с плавающей точкой), но все эти режимы объединяет одно — если точный вещественный результат представим числом с плавающей точкой точно, то при округлении он не изменится.

Таким образом, если у нас есть две целочисленные величины f1 и f2, представленные типом с плавающей точкой , такие что в вещественных числах выполняется соотношение f1 == sqrt(f2), то и при вычислениях с плавающей точкой указанное соотношение должно выполняться.


Все целые числа из отрезка [-2**24; 2**24] представимы точно числом с плавающей точкой одинарной точности single-precision floating-point format. В языках C/C++ обычно тип float как раз и предназначен для хранения чисел одинарной точности. В C++ есть функции std::sqrt() и std::sqrtf() (в C только sqrtf), принимающие/возвращающие значение типа float.

Если f — некоторое целое неотрицательное число типа float такое, что точный вещественный результат произведения f * f принадлежит отрезку [0; 2**24], то равенство f == std::sqrt(f * f) должно быть истинно.

Если произведение f * f не принадлежит указанному выше отрезку, то оно просто напросто может быть не представимо точно типом float, следовательно извлекать квадратный корень мы будем не из точного квадрата f, а из некоторого приближенного значения. Понятно, что равенство не обязательно будет выполняться.


В языках C/C++ тип double обычно соответствует формату чисел с плавающей точкой двойной точности double-precision floating-point format. И все приведённые выше рассуждения для типа float верны и для double. Только отрезок, все целые числа из которого представимы точно типом double, таков: [-2**53; 2**53]. В C++ есть перегрузка std::sqrt() для работы с типом double, в C для работы с типом double также используется sqrt()


some_integral_type i = ...;
i == (some_integral_type) sqrt(i * i);

Если i — неотрицательно, и произведение i * i представимо типом some_integral_type и принадлежит отрезку [0; 2**53], то приведённое равенство выполняется.
В C функция sqrt принимает аргумент типа double.
В C++ есть перегрузки (или шаблонная версия) функции sqrt для всех целочисленных типов. Внутри она преобразует параметр целочисленного типа к типу double.


Стандарты языков C/C++ не требуют, чтобы типы float и double удовлетворяли стандарту IEEE 754, но обычно удовлетворяют.

На практике я бы посоветовал относиться с осторожностью ко всему написанному выше. У компиляторов есть хитрые опции, которые в целях повышения производительности отключают строгое соответствие стандартам в вопросах арифметики с плавающей точкой. Например, /fp:fast в Visual Studio или -ffast-math в GCC. Если такие опции используются, нужно тщательно изучать документацию — не ломают ли оптимизации квадратные корни каким-нибудь изощрённым и неочевидным способом.

2
  • Очень хороший, исчерпывающий ответ. 16 фев 2021 в 18:49
  • Отличный ответ! Вот тут утверждение сильнее чем оно есть на самом деле: "Если произведение f * f". (2^24)^2 - точно представимо. 18 фев 2021 в 22:32

Ваш ответ

By clicking “Отправить ответ”, you agree to our terms of service and acknowledge you have read our privacy policy.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.