力扣算法数学类—剑指 Offer 16. 数值的整数次方

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剑指 Offer 16. 数值的整数次方

题解:

知识点:

代码:

结果:


实现 pow(x, n) ,即计算 x 的 n 次幂函数(即,xn)。不得使用库函数,同时不需要考虑大数问题。

示例 1:

输入:x = 2.00000, n = 10
输出:1024.00000
示例 2:

输入:x = 2.10000, n = 3
输出:9.26100
示例 3:

输入:x = 2.00000, n = -2
输出:0.25000
解释:2-2 = 1/22 = 1/4 = 0.25
 

提示:

-100.0 < x < 100.0
-231 <= n <= 231-1
n 是一个整数
要么 x 不为零,要么 n > 0 。
-104 <= xn <= 104

题解:

快速幂的思想:

将指数11 可以转成二进制数1011,则原来的式子可以转化成

 

此时只运算了3次乘积,时间复杂度降至O(logn)

  1. 首先判断底数x是否为0,如果是0则直接返回0
  2. 将指数n转化为长整型变量b,避免在处理负数时出现溢出问题
  3. 初始化结果res为1.0
  4. 如果指数b小于0,说明底数x取倒数,同时将指数b取相反数
  5. 进入循环,当指数b大于0时继续执行循环体内的操作
  6. 使用位运算判断指数b的最后一位是否为1,如果是1则将结果res乘以底数x
  7. 更新底数x为x的平方
  8. 将指数b右移一位,相当于将其除以2
  9. 循环结束后返回结果res

利用了位运算来判断指数的最后一位是否为1,从而确定是否需要乘以底数x。同时,通过不断平方底数x和右移指数b,实现了快速求幂的效果

知识点:

位运算:

位运算是计算机中对二进制数据进行操作的一种运算方式。它直接在二进制位上进行操作,可以高效地进行一些常见的运算,如与、或、异或和移位等。

以下是一些常用的位运算符:

  • 与运算(&):按位进行与运算,两个位都为1时结果为1,否则为0。
  • 或运算(|):按位进行或运算,两个位中只要有一个为1时结果为1,否则为0。
  • 异或运算(^):按位进行异或运算,两个位相同为0,不同为1。
  • 非运算(~):按位进行非运算,将每个位取反。
  • 左移运算(<<):将二进制数向左移动指定的位数,相当于乘以2的幂。
  • 右移运算(>>):将二进制数向右移动指定的位数,相当于除以2的幂。

位运算在计算机领域的应用非常广泛,包括但不限于以下方面:

  • 位掩码:使用位运算来创建、修改和查询特定位的值,用于标记或设置某些状态。
  • 压缩算法:利用位运算来压缩数据,减少存储空间。
  • 加密和解密:位运算可用于实现加密和解密算法中的位级操作。
  • 优化算法:某些算法可以使用位运算进行优化,例如快速求幂、快速排序等。

代码:

class Solution {public double myPow(double x, int n) {if(x==0) return x;long b=n;//将指数n转化为长整型变量b,避免在处理负数时出现溢出问题。//负数幂if(b<0){x=1/x;b=-b;}double res=1.0;//快速幂思想(二进制角度)while(b>0){if((b&1)==1){res*=x;}x*=x;b>>=1;}return res;}
}

结果:

 

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