[MIT6.006] 12. Square Roots, Newton's Method 平方根,牛顿法
阅读原文时间:2023年07月10日阅读:1

首先让我们回顾下上节课讲的,用牛顿法计算√2的内容:

简单来说,牛顿法从x0=1不断向后计算逼近√2的值,而刚开始计算的精度是1,随着牛顿法的逼近(共log2d个循环),就能使得√2逼近值的精度达到d。在逼近过程中,精度的变化为Quadratic convergence二次收敛趋势(即1,2,4,6,….),为了证明这个,讲师给出了下图内容:

假设xn = √a (1+εn) 且εn随着n增加,不断趋于0,本质上来说就是xn = √a,加了(1+εn)是为了方便我们证明二次收敛的存在。之后根据牛顿法xi+1 = (xi + a/xi) /2对其进行xn+1的计算个,我们便能得到εn+1= εn2 / 2(1+εn),而由于εn随着n增加,不断趋于0,所以(1+εn)本质为1,那么最后很容易就看出εn+1是跟εn成二次关系。

一、高精度乘法

另外上节课我们还讲了如何进行高精度乘法,这节课,讲师将它们总结并加以补充如下图所示:

以上五种方法,从上到下,时间复杂度逐渐减少,值得提到的就是,Toom-Cook方法本质跟Karatsuba方法一样的,只不过前者在数的拆分上多了一个而已,即前者为x0,x1,x2,而后者为x0,x1。

二、高精度除法

问:如果我们想要计算一个关于a/b的高精度结果,该怎么做?

答:我们先计算R/b,然后对它结果向下取整,然后再用之前高精度乘法来乘a就好了。记住这里的R是一个非常大的值,特别的是R很容易除别人,例如R=2k这样的。

问:那请问R/b怎么计算

答:用牛顿法,具体过程如下图所示:

三、时间复杂度

问:高精度除法的时间复杂度是多少?

答,是Ο(log2n * nα),也可近似于Ο(nα),具体计算如下:

问:高精度乘法的时间复杂度是多少?

答,之前在第一部分就有不同方法下的时间复杂度,但总结来说就是Ο(nα) α≥1

问:高精度计算平方跟的时间复杂度是多少?

答:如下图所示,本质就是不断使用牛顿法配合高精度乘除法使用,结果近似为Ο(nα)。

有上面三个问题我们能得到:在时间复杂度上,高精度乘法 ≡ 高精度除法 ≡ 高精度求平方根 ≡ Ο(nα)。注意‘≡’为本质相同的意思,不代表完全相同,还是有略微差别的。

手机扫一扫

移动阅读更方便

阿里云服务器
腾讯云服务器
七牛云服务器

你可能感兴趣的文章