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

千浩同学_9980

千浩同学_9980

发布时间:2026-07-13 16:38:20

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来源于php中文网

原创

<p>三角形数定义为 $ T_n = \frac{n(n+1)}{2} $($ n $ 为正整数),判断正整数 $ x $ 是否为其等价于验证方程 $ n^2 + n - 2x = 0 $ 是否有正整数解,即检查 $ \sqrt{1 + 8x} $ 是否为奇整数且其平方等于 $ 1 + 8x $。</p>

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

什么是三角形数的数学定义

三角形数是形如 $ T_n = \frac{n(n+1)}{2} $ 的正整数,其中 $ n $ 是正整数。比如 1、3、6、10、15 都是三角形数。

判断一个正整数 x 是否为三角形数,本质是解方程 $ n^2 + n - 2x = 0 $,看是否存在正整数解 n。求根公式给出: n = (-1 + sqrt(1 + 8*x)) / 2

所以关键步骤是:算出 sqrt(1 + 8*x),检查它是否为整数,且该整数减 1 后能否被 2 整除。

sqrt 判断时为什么容易出错

C++ 的 std::sqrt 返回 double,浮点精度在大整数(比如 > 1e13)附近会丢失,导致取整错误。例如:

  • x = 99999999999991 + 8*x 是精确整数,但 sqrt 可能返回略小于真实值的数(如 8944271.999999999),floor 或强制转 long long 就会错判。

常见错误写法:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

long long root = sqrt(1 + 8LL * x);  // 危险!没四舍五入,也没校验

正确做法应包含:

C++
C++

"空空如也"

下载
  • llround 或手动加 0.5 后截断,避免向下取整偏差
  • 必须验证 root * root == 1 + 8*x,不能只信 sqrt 结果
  • root 必须是奇数(因为 root = 2n + 1),否则 (root - 1) / 2 不是整数

C++ 实现:安全、可读、支持 long long

以下函数适用于 unsigned long long 范围内(约到 1e18):

bool isTriangular(unsigned long long x) {
    if (x == 0) return false;
    unsigned long long t = 1 + 8ULL * x;
    unsigned long long root = llround(sqrt((long double)t));
    if (root * root != t) return false;
    if ((root & 1) == 0) return false;  // root 必须为奇数
    return true;
}

说明:

  • long double 提升 sqrt 精度(比 double 更稳妥)
  • llround(来自 <cmath>)比 static_cast<long long>(sqrt(...)) 更可靠
  • 显式检查 root * root == t 是必须步骤,绕过所有浮点不确定性
  • 不依赖 root % 2 == 1,而用位运算 (root & 1),更快也更清晰

有没有不用浮点的纯整数解法

有,用二分查找解 n(n+1)/2 == x,时间复杂度 O(log x),完全规避浮点误差:

bool isTriangularInt(unsigned long long x) {
    if (x == 0) return false;
    unsigned long long lo = 1, hi = static_cast<unsigned long long>(sqrt(2.0 * x)) + 2;
    while (lo <= hi) {
        unsigned long long mid = lo + (hi - lo) / 2;
        unsigned long long val = mid * (mid + 1) / 2;
        if (val == x) return true;
        if (val < x) lo = mid + 1;
        else hi = mid - 1;
    }
    return false;
}

注意:

  • 初始上界用 sqrt(2.0 * x) + 2 是保守估计,确保覆盖真实 n
  • mid * (mid + 1) / 2mid 很大时可能溢出,若输入上限极高(> 1e18),需加溢出检测
  • 对单次判断,浮点法更快;对大量判断或要求绝对确定性,整数二分更稳

实际项目里,只要输入在 1e15 以内,带校验的 sqrt 版本足够快又足够准;超过这个量级,优先考虑整数二分,或者先用 __builtin_clzll 粗筛范围再查。浮点校验那一步,少写就全白忙。

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