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C++如何判断一个正整数是否为三角数(基于数学判定公式极速法)

老婷姑娘_9841

老婷姑娘_9841

发布时间:2026-06-28 15:38:19

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来源于php中文网

原创

三角数是形如n(n+1)/2的正整数(如1、3、6、10…),不能用循环累加判断因其最坏时间复杂度为O(√x),对大数(如1e12)效率低且易溢出;应解二次方程n²+n−2x=0,验证(−1+√(1+8x))/2是否为正整数,并通过整数平方校验避免浮点误差。

c++如何判断一个正整数是否为三角数(基于数学判定公式极速法)

什么是三角数,以及为什么不能用循环累加判断

三角数是形如 1, 3, 6, 10, 15… 的数,即第 n 个三角数为 T(n) = n*(n+1)/2。如果对每个输入都从 1 开始循环累加直到 ≥ 目标值,最坏情况要跑 O(√x) 次——对 10¹² 级别的数就很慢,且容易溢出或超时。

数学上可逆:若 x 是三角数,则存在正整数 n 满足 n*(n+1)/2 == x,整理得二次方程 n² + n − 2x = 0。解出正根 n = (−1 + √(1 + 8x)) / 2,只需验证该 n 是否为正整数即可。

用 sqrt 和整数判定完成极速判断(C++ 实现)

关键不是算出精确 n,而是避免浮点误差导致误判。直接对 1 + 8*x 开方后取整,再反代验证更可靠。

  • 先检查 x 是否为正整数(输入已保证,但逻辑上需明确)
  • 计算 long long discriminant = 1 + 8LL * x,必须用 8LL 防止 int 溢出
  • 用 sqrt(discriminant) 得到浮点结果,转 long long 向下取整得 root
  • 验证是否满足 root * root == discriminant(排除非完全平方数)
  • 再验证 (root - 1) % 2 == 0 且 (root - 1) / 2 > 0,即 n = (root−1)/2 是正整数

示例代码片段:

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bool isTriangular(long long x) {
    if (x < 1) return false;
    long long disc = 1 + 8LL * x;
    long long root = sqrt(disc);
    // 浮点 sqrt 可能略小,尝试 root 和 root+1
    if (root * root < disc) root++;
    if (root * root != disc) return false;
    if ((root - 1) % 2 != 0) return false;
    long long n = (root - 1) / 2;
    return n > 0;
}

为什么必须校验 root * root == disc 而不直接信 sqrt

sqrt 返回 double,对大整数(如 > 2⁵³)无法精确表示所有整数,sqrt(1 + 8*x) 可能被舍入成略小或略大的值。比如当 disc = 999999999999999999,sqrt 结果可能显示为 999999999.9999999,强制转 long long 就变成 999999999,而真实平方根是整数 1000000000。

所以必须用整数方式校验:root 取整后,立刻检查 root*root 和 root*root > disc 两种边界,必要时自增一次再判——这是唯一绕过浮点陷阱的稳妥做法。

边界与溢出处理要点

输入是“正整数”,但没说范围。若用 int 接收 x,则最大只支持约 2×10⁹;而 1 + 8*x 在 x ≈ 2.7×10¹⁸ 时就会溢出 unsigned long long。实际中应:

  • 输入类型统一用 long long(或 uint64_t)
  • 在计算 8LL * x 前,可先判断 x > ULLONG_MAX / 8(若需防御性编程)
  • 对极大 x(如 > 1e18),sqrt 在 double 下精度不足,此时应改用 sqrtl(long double)或整数开方算法
  • 多数 OJ 场景下 x ≤ 1e12,double 完全够用,但校验步骤不可省

真正容易被忽略的,是那个“多试一次 root+1”的校验动作——它看起来多余,却是浮点到整数映射时唯一兜底手段。

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