[LeetCode] 69. Sqrt(x) 求x的平方根

Given a non-negative integer x, return the square root of x rounded down to the nearest integer. The returned integer should be non-negative as well.

You must not use any built-in exponent function or operator.

For example, do not use pow(x, 0.5) in c++ or x ** 0.5 in python.

Example 1:

Input: x = 4
Output: 2
Explanation: The square root of 4 is 2, so we return 2.

Example 2:

Input: x = 8
Output: 2
Explanation: The square root of 8 is 2.82842..., and since we round it down to the nearest integer, 2 is returned.

Constraints:

0 <= x <= 2^31 - 1

![image](https://img2023.cnblogs.com/blog/391947/202312/391947-20231222144621304-459736628.png)

这道题要求平方根，博主能想到的方法就是算一个候选值的平方，然后和x比较大小，为了缩短查找时间，这里采用二分搜索法来找平方根，这里属于博主之前总结的 LeetCode Binary Search Summary 二分搜索法小结中的第三类的变形，找最后一个不大于目标值的数，这里细心的童鞋可能会有疑问，在总结贴中第三类博主的 right 用的是开区间，那么这里为啥 right 初始化为x，而不是 x+1 呢？因为总结帖里的 left 和 right 都是数组下标，这里的 left 和 right 直接就是数字本身了，一个数字的平方根是不可能比起本身还大的，所以不用加1，还有就是这里若x是整型最大值，再加1就会溢出。最后就是返回值是 right-1，因为题目中说了要把小数部分减去，只有减1才能得到正确的值，代码如下：

解法一：

class Solution {
public:
    int mySqrt(int x) {
        if (x <= 1) return x;
        int left = 0, right = x;
        while (left < right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;
            if (x / mid >= mid) left = mid + 1;
            else right = mid;
        }
        return right - 1;
    }
};

这道题还有另一种解法，是利用牛顿迭代法，记得高数中好像讲到过这个方法，是用逼近法求方程根的神器，在这里也可以借用一下，可参见网友 Annie Kim's Blog的博客，因为要求 x² = n 的解，令 f(x)=x²-n，相当于求解 f(x)=0 的解，根据牛顿迭代法可以知道，x_n+1= x_n- f(x_n) / f'(x_n)，这里的 f'(x_n) 是 f(x_n) 的导数，不理解的童鞋请自行补习高数，故而可以求出递推式如下：

x_i+1=x_i - (x_i²- n) / (2x_i) = x_i - x_i / 2 + n / (2x_i) = x_i / 2 + n / 2x_i = (x_i + n/x_i) / 2

解法二：

class Solution {
public:
    int mySqrt(int x) {
        if (x == 0) return 0;
        double res = 1, pre = 0;
        while (abs(res - pre) > 1e-6) {
            pre = res;
            res = (res + x / res) / 2;
        }
        return int(res);
    }
};

也是牛顿迭代法，写法更加简洁一些，注意为了防止越界，声明为长整型，参见代码如下：

解法三：

class Solution {
public:
    int mySqrt(int x) {
        long res = x;
        while (res * res > x) {
            res = (res + x / res) / 2;
        }
        return res;
    }
};