使用Python手工計算x的算數平方根,來自中國古人的數學智慧

更新時間：2021年09月02日 12:07:59 作者：Hann Yang

本篇采用的計算方法既非二分法也非牛頓迭代法，而是把中國古代的手工計算平方根的方法轉成代碼來完成。代碼有點煩雜，算是拋磚引玉吧，期待高手們寫出更好的代碼來

代碼

sqrt(x, w=20, Float=False)
x 為非負實數，允許科學計數法
w 是當sqrt(x)為無理數或結果的小數部分很長時的最大位數。默認w=20
Float 當Float=True輸出浮點數，w設置如超出float精度則失效。默認輸出字符串類型

def sqrt(x,w=20,Float=False):
    if x==0 or x==1:return str(x*1.0)
    if x<0: raise ValueError('x>=0')
    s,power = str(x),0
    t = s.find('e')
    if t!=-1:
        s=s.split('e')
        s[1] = int(s[1])
        if int(s[1])%2:
            tmp = str(s[0])
            s = [tmp[0]+tmp[2]+tmp[1]+tmp[3:],s[1]-1]
        s,power = *s,
    t = s.find('.')
    if t!=-1:
        if t%2: s='0'+s
        if not len(s)%2: s+='0'
    else:
        if len(s)%2: s='0'+s
    s = s.split('.')
    t = t,len(s[0])//2
    try: s = s[0]+s[1]
    except: s = s[0]
    s = [s[i:i+2] for i in range(len(s)) if not i%2][::-1]
    n = int(s.pop())
    i = 1
    while n>0 and i*i<=n: i+=1
    i -= 1
    m,n = str(n-i*i),i
    div = lambda x,y:[(i,y-(20*x+i)*i) for i in range(10) if y>=(20*x+i)*i]
    dot,ret = t[1],str(n)
    while w>0:
        dot -= 1;
        if dot==0: ret += '.'
        if dot<=0: w-=1
        m += s.pop() if s else '00'
        q,d = div(n,int(m))[-1]
        m,n = str(d),10*n+q
        ret += str(q)
        if len(s)==0 and d==0:
            if ret.find('.')==-1: ret += '.0'
            break
    if power!=0:
        if power>0: ret += 'e+0'+str(power//2)
        else: ret += 'e-0'+str(power//2)[1:]
    if Float: ret = float(ret)
    return ret

原理

據說這個平方根計算法出自《九章算術》，成書在公元一世紀前后，總結了先秦到兩漢的古代數學成就。古代數學家也真是鬼才，怎么想出來的？

操作過程：

小數點前后2位2位的隔開，不足2位用0補。然后首位試開方，第二位開始反復用公式 (Qn+1 * 20 + Qn) * Qn來試商 ; 下一結果Qn+2 = 10*Qn+1 + Qn。具體流程請自行搜索了解，大致流程如下：

測試 sqrt(n)與n**0.5

>>> for i in range(17):
	print(f'sqrt({i})={sqrt(i)}')
	print(f'{i}**0.5={i**0.5}')	
sqrt(0)=0.0
0**0.5=0.0
sqrt(1)=1.0
1**0.5=1.0
sqrt(2)=1.41421356237309504880
2**0.5=1.4142135623730951
sqrt(3)=1.73205080756887729352
3**0.5=1.7320508075688772
sqrt(4)=2.0
4**0.5=2.0
sqrt(5)=2.23606797749978969640
5**0.5=2.23606797749979
sqrt(6)=2.44948974278317809819
6**0.5=2.449489742783178
sqrt(7)=2.64575131106459059050
7**0.5=2.6457513110645907
sqrt(8)=2.82842712474619009760
8**0.5=2.8284271247461903
sqrt(9)=3.0
9**0.5=3.0
sqrt(10)=3.16227766016837933199
10**0.5=3.1622776601683795
sqrt(11)=3.31662479035539984911
11**0.5=3.3166247903554
sqrt(12)=3.46410161513775458705
12**0.5=3.4641016151377544
sqrt(13)=3.60555127546398929311
13**0.5=3.605551275463989
sqrt(14)=3.74165738677394138558
14**0.5=3.7416573867739413
sqrt(15)=3.87298334620741688517
15**0.5=3.872983346207417
sqrt(16)=4.0
16**0.5=4.0
>>> 
>>> 
>>> sqrt(2,Float=True) == 2**0.5
True
>>> sqrt(3,Float=True) == 3**0.5
True
>>> sqrt(123,Float=True) == 123**0.5
True
>>>

科學計算法測試

>>> sqrt(1.23e+50)
'1.10905365064094171620e+025'
>>> 1.23e+50**0.5
1.1090536506409416e+25
>>> sqrt(1.23e+51)
'3.50713558335003638336e+025'
>>> 1.23e+51**0.5
3.5071355833500364e+25
>>> sqrt(1.23e-50)
'1.10905365064094171620e-025'
>>> 1.23e-50**0.5
1.1090536506409418e-25
>>> sqrt(1.23e-51)
'3.50713558335003638336e-026'
>>> 1.23e-51**0.5
3.5071355833500365e-26
>>>

精度測試

>>> sqrt(2,100)
'1.41421356237309504880168872420969807856967187537694
80731766797379907324784621070388503875343276415727'
>>> sqrt(10,500)
'3.16227766016837933199889354443271853371955513932521
68268575048527925944386392382213442481083793002951
87347284152840055148548856030453880014690519596700
15390334492165717925994065915015347411333948412408
53169295770904715764610443692578790620378086099418
28371711548406328552999118596824564203326961604691
31433612894979189026652954361267617878135006138818
62785804636831349524780311437693346719738195131856
78403231241795402218308045872844614600253577579702
82864402902440797789603454398916334922265261206779'
>>> sqrt(123,2000)
'11.09053650640941716205160010260993291846337674245402
00228773128390850016331012896052334560795952104923
97609680678955280792187905933115292625456231839306
77251943912251383176574941199469582196976000438135
40867472202696805822192936674286399297485980945076
78295660716567970352602444301464684924479636459099
14867193001802834979182445692668356613065880869548
25999929108256938950212808340223106891096223696155
58407975630369894453553840958193501976809032496435
98351605065147790119568667920441106521130541775416
88403618227856731042118992185281429619080341919784
91236339758444278806715795552342614568993355758259
00257454016962686033789212494918951906742724387717
86816775058970553110606825772728456503631816127185
97236514403953501043370950197906664648656587402375
47456007486620199478701365589929806411967684259454
52983826062182085142259698311212942126801021825240
49746216571370198706996668818361845968235199845816
69902568378075870406180767774203205467306930309438
16832697339952984981648138573158982379175644441470
50866454616067044997958059525209028336061119869487
42330123683852090419874148218422184948658174234109
57266920859313915279433828848348895422861007776818
60008218306382698626583716405660864687800252861028
31434598682004467042622580768146827595778429365752
19552960734589394860581552514632178318401717998004
12904477515916582731378709757426533231624676879051
21277303475419893966421915682962327965202183939540
07041575389626966661084388718863067485822881867488
00698329255619212758441301451712107894934052042668
13620261632356745839351541875140890682676375675084
74266141686980135645708807796240849684849035273656
15026469136389861472142022294507047846522584450886
83823021978858519029304962564972861464819539784518
43062402845984165814550404820570869649363216162428
32571582506529019502195720558586845830492641836612
65156560044594234298289454649568716622838760718998
14917847213523793754337786561375901264942957378010
57481468928695787589958271831183026476218342365982
72020291818311722410861264031411990033164594115086'
>>>

1000位到1萬位的耗時測試

>>> from time import time
>>> for i in range(1,11):
	t = time()
	s = sqrt(2,i*1000)
	print(i*1000,':',time()-t) 
1000 : 0.09099745750427246
2000 : 0.5609970092773438
3000 : 1.7489948272705078
4000 : 3.7850000858306885
5000 : 7.239997863769531
6000 : 12.108997106552124
7000 : 19.044997692108154
8000 : 28.065003395080566
9000 : 39.57198643684387
10000 : 54.04999876022339
>>>

以上就是使用Python手工計算x的算數平方根，更多關于Python手工計算x的算數平方根的資料請關注腳本之家其它相關文章！

您可能感興趣的文章: