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C++如何判断一个正整数是否为三角数(通过数学判定公式)

老晨小哥_3528

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发布时间:2026-06-27 12:34:19

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原创

一个正整数 n 是三角数当且仅当 1 + 8n 是完全平方数且其平方根为奇数;需用 round + 验证 root*root == delta 规避浮点误差,并检查 root 是否为奇数。

c++如何判断一个正整数是否为三角数(通过数学判定公式)

三角数的数学判定公式是什么

一个正整数 n 是三角数,当且仅当存在正整数 k,使得 n = k * (k + 1) / 2。把这式子变形,解出 k:两边乘 2 得 2n = k² + k,移项得 k² + k - 2n = 0。这是关于 k 的一元二次方程,判别式为 Δ = 1 + 8 * n。所以 k 有正整数解 ⇔ Δ 是完全平方数,且 sqrt(Δ) 是奇数(因为 k = (-1 + sqrt(Δ)) / 2 必须为正整数)。

用 sqrt 判定是否为完全平方数的坑

C++ 的 std::sqrt 返回 double,浮点误差可能导致误判。比如对大整数(如接近 LLONG_MAX 的值),sqrt(x) 可能略小于真实平方根,取整后错失一个单位。

  • 先计算 delta = 1 + 8LL * n(注意用 long long 防溢出)
  • 算 root = static_cast<long long>(std::round(std::sqrt(delta)))</long>,比直接 floor 或 cast 更稳妥
  • 再验证 root * root == delta,而不是只信 sqrt 的返回值
  • 若成立,再检查 (root - 1) % 2 == 0(即 root 为奇数),才能保证 k 是正整数

完整可复用的 C++ 函数

以下函数接受 unsigned long long,覆盖常见正整数范围,返回 true 当且仅当输入是三角数:

#include <cmath>
#include <climits>
<p>bool isTriangular(unsigned long long n) {
if (n == 0) return false; // 正整数前提
unsigned long long delta = 1ULL + 8ULL <em> n;
unsigned long long root = static_cast<unsigned long long>(std::round(std::sqrt(static_cast<double>(delta))));
if (root > 3037000499ULL) return false; // sqrt(ULL_MAX) ≈ 4.29e9,但 double 精度在 2^53 后失效;此上限保 double 表达准确
if (root </em> root != delta) return false;
return (root & 1) == 1; // root 是奇数
}</p>

注意:root 上限判断是为了规避 double 对超大整数开方失真——当 delta > 2^53 时,double 无法精确表示所有整数,sqrt 结果可能偏差 1。实际项目中若需支持 >1e15 的数,应改用整数二分求平方根。

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性能与边界测试要点

该方法时间复杂度 O(1),但浮点运算本身有隐含成本和精度风险。实测易错点包括:

  • n = 1 → delta = 9 → root = 3 → (3-1)/2 = 1,正确
  • n = 1000000000000ULL → delta = 8000000000001ULL,此时 double 仍能精确表示(
  • 不检查 root * root == delta 直接用 sqrt 四舍五入结果,会在 n = 1806250000000 这类数上出错
  • 漏判 root 奇偶性,会把非三角数如 n = 2(delta = 17,非完全平方)之外的某些边缘情况误收

真正麻烦的是大数下的浮点精度——它不报错,只悄悄返回错误结果。写完一定要用已知三角数(如 1, 3, 6, 10, 15, ...)和紧邻非三角数交叉验证。

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