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C++如何判断一个正整数是否为三角形数(Triangular Number)

小强同学_7760

小强同学_7760

发布时间:2026-06-27 15:41:17

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来源于php中文网

原创

三角形数是能表示为k(k+1)/2的正整数n,等价于判别式1+8n为完全平方数且其平方根为奇数;判断时需用round(sqrt(1+8n))再验证平方,避免浮点误差。

c++如何判断一个正整数是否为三角形数(triangular number)

什么是三角形数,以及它和平方根的关系

一个正整数 n 是三角形数,当且仅当存在某个正整数 k,使得 n = k*(k+1)/2。这个公式来自前 k 个自然数之和。直接遍历 k 效率低,但可以变形:把等式两边乘 2 得 2n = k² + k,再配方得 k² + k + 1/4 = 2n + 1/4,即 (k + 0.5)² = 2n + 0.25。于是 k = sqrt(2n + 0.25) - 0.5。只要这个结果是正整数,n 就是三角形数。

用 sqrt 判断时必须处理浮点精度问题

C++ 的 std::sqrt 返回 double,直接取整可能因精度误差误判。比如对 n = 55(确实是第 10 个三角形数),sqrt(2*55 + 0.25) 理论上是 10.5,但实际计算可能得到 10.499999999999998,减去 0.5 后变成 9.999...,向下取整就错了。

  • 正确做法:计算 long long root = round(sqrt(2LL * n + 0.25)),再验证 root * root == 2LL * n + 0.25 是否成立(但浮点比较仍不稳)
  • 更稳妥方式:算出候选 k = static_cast<long long>(std::round(std::sqrt(2.0 * n + 0.25) - 0.5))</long>,然后代回公式检查 k * (k + 1) / 2 == n
  • 注意:n 要转成 long long 防溢出,尤其当 n 接近 INT_MAX 时,2*n 可能溢出 int

一行可读的判断函数写法

下面这个函数在实践中足够健壮,适用于 n 量级:

bool isTriangular(long long n) {
    if (n <= 0) return false;
    long long k = static_cast<long long>(std::sqrt(2.0 * n));
    // 在 k-1, k, k+1 范围内试,避免浮点误差导致漏判
    for (long long cand : {k-1, k, k+1}) {
        if (cand > 0 && cand * (cand + 1) / 2 == n) return true;
    }
    return false;
}

这里不依赖 sqrt 的精确性,只把它当作粗略估计,再用整数运算验证——这是最不容易踩坑的做法。

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为什么不用二分查找?

理论上可以在 [1, sqrt(2n)] 区间二分搜索满足 k*(k+1)/2 == n 的 k,逻辑清晰且无精度问题。但它比上面三候选法多几次除法和乘法,常数更大;而三候选法最多三次整数运算,在绝大多数情况下一次就命中。除非你在写高可靠性数学库,否则没必要为这点“理论严谨”增加复杂度。

真正容易被忽略的是:所有涉及 2*n 的中间计算都必须用足够宽的整数类型,int 在 n > 1e9 时就会溢出,哪怕最终结果没超 int 范围。

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