單片機(jī)開平方的快速算法

因?yàn)楣ぷ鞯男枰?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/單片機(jī)">單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)開根號(hào)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颍胮ow(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. 流程圖
(制作中，稍候再上)

3. 實(shí)現(xiàn)代碼
這里給出實(shí)現(xiàn)32位無符號(hào)整數(shù)開方得到16位無符號(hào)整數(shù)的C語言代碼。



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/****************************************/
/*Function: 開根號(hào)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 = (ttp1)+1;

M = 2;
if (tmp >= ttp)// 假設(shè)成立
{
tmp -= ttp;
N ++;
}

}

return N;
}