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C++如何判断一个整数是否为三角数(判定公式)

胖磊大大_3338

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发布时间:2026-06-25 18:19:35

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来源于php中文网

原创

三角数是能表示为k(k+1)/2(k为正整数)的正整数;判定条件为:1+8n是非负完全平方数且其平方根为奇数。

c++如何判断一个整数是否为三角数(判定公式)

什么是三角数,以及它的数学判定条件

一个正整数 n 是三角数,当且仅当它能写成 k*(k+1)/2 的形式(k 为正整数)。换言之,存在某个整数 k ≥ 1,使得 n = k(k+1)/2。

把等式变形:两边乘 2 得 2n = k² + k,即 k² + k − 2n = 0。这是关于 k 的一元二次方程,判别式为 Δ = 1 + 8n。要使 k 为正整数,需满足两个条件:

  • 1 + 8n 必须是非负完全平方数(即开方后是整数)
  • 开方结果 sqrt(1 + 8n) 必须是奇数(因为 k = (-1 + sqrt(1 + 8n)) / 2 要为整数,分子必须是偶数 → sqrt 必须是奇数)

所以最直接的判定逻辑就是:计算 root = sqrt(1 + 8n),检查 root 是否为整数,且 (root - 1) % 2 == 0(即 root 是奇数),同时 root * root == 1 + 8 * n(避免浮点误差)。

C++中用 sqrt 判定时的精度陷阱

sqrt 返回 double,对大整数(比如接近 INT_MAX)容易因浮点舍入导致误判。例如 n = 499999999 时,1 + 8*n 是完全平方数,但 sqrt 可能返回略小于真实根的值,取整后偏小,再平方就对不上。

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稳妥做法是:先算 long long disc = 1LL + 8LL * n(防溢出),再用 sqrt 得到近似根,四舍五入取整,然后验证该整数的平方是否等于 disc:

long long disc = 1LL + 8LL * static_cast<long long>(n);
long long root = static_cast<long long>(std::round(std::sqrt(static_cast<double>(disc))));
if (root * root != disc) return false;
return (root & 1) == 1; // root 是奇数

注意:std::round 比 static_cast<long long> 直接截断更安全;disc 必须用 long long,否则 int 乘法溢出。

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不依赖浮点数的整数解法(推荐用于竞赛或高可靠性场景)

用二分查找直接在 [1, sqrt(2n)+1] 范围内搜索满足 k*(k+1)/2 == n 的整数 k。时间复杂度 O(log n),但完全规避浮点误差,且对任意大小的 long long n 都适用。

关键点:

  • 上界可设为 2 * sqrt(n) + 10 或更保守地用 1LL << ((sizeof(long long)*8-1)/2 + 1),但实际常用 1LL << 32 对于 int 输入已足够
  • 计算 k*(k+1)/2 时注意溢出:先判断 k 是否过大,或改用 k/2.0*(k+1)?不行——又引入浮点。正确做法是:若 k > 2000000 就提前 break,或用 __builtin_mul_overflow(GCC)或手动检查乘法溢出
  • 更简洁的做法:用 low = 1, high = std::min(2000000LL, static_cast<long long>(n)),因为三角数增长快,k ≈ sqrt(2n)

示例核心逻辑:

long long l = 1, r = std::min(2000000LL, static_cast<long long>(n));
while (l <= r) {
    long long mid = l + (r - l) / 2;
    long long tri = mid * (mid + 1) / 2;
    if (tri == n) return true;
    if (tri < n) l = mid + 1;
    else r = mid - 1;
}
return false;

封装成通用函数时要注意的边界和类型

输入可能是负数、零、或极大值。三角数定义通常只针对正整数,所以 n ≤ 0 应直接返回 false(除非题目特别说明 0 是第 0 个三角数)。

函数签名建议用 long long 输入,避免 int 溢出影响判定:

bool isTriangular(long long n) {
    if (n <= 0) return false;
    long long disc = 1LL + 8LL * n;
    long long root = static_cast<long long>(std::round(std::sqrt(static_cast<double>(disc))));
    if (root < 0 || root * root != disc) return false;
    return (root & 1) == 1;
}

如果项目禁用 <cmath> 或要求无浮点,就用二分版本;如果输入范围明确在 int 内且性能敏感,sqrt 版本更快。两者都得处理 disc 溢出——n 接近 LLONG_MAX/8 时,1 + 8*n 会溢出,此时可直接返回 false(因为不可能是三角数)。

真正容易被忽略的是:没检查 n 类型是否带符号,或把 unsigned int 当作 int 传入导致高位扩展异常;还有没意识到 sqrt 在某些平台对大整数返回 inf,导致后续计算崩溃。

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