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如安在单片机中完成快速开平方的算法

如何在单片机中实现快速开平方的算法-我们先来看看10进制下是如何手工计算开方的。

先看下面两个算式,

x = 10*p + q (1)

公式(1)左右平方之后得:

x^2 = 100*p^2 + 20pq + q^2 (2)

现在假设我们知道x^2和p,希望求出q来,求出了q也就求出了x^2的开方x了。

我们把公式(2)改写为如下格式:

q = (x^2 – 100*p^2)/(20*p+q) (3)

C言语中开平方的算法中要开平方的话,能够在头文件中加#include 。然后调sqrt(n);函数即可。但在单片机中要开平方。能够用到下面算法:

算法1:

本算法只选用移位、加减法、判别和循环完结,由于它不需求浮点运算,也不需求乘除运算,因而能够很方便地运用到各种芯片上去。

咱们先来看看10进制下是怎么手艺核算开方的。

先看下面两个算式,

x = 10*p + q (1)

公式(1)左右平方之后得:

x^2 = 100*p^2 + 20pq + q^2 (2)

现在假定咱们知道x^2和p,期望求出q来,求出了q也就求出了x^2的开方x了。

咱们把公式(2)改写为如下格局:

q = (x^2 – 100*p^2)/(20*p+q) (3)

这个算式左右都有q,因而无法直接核算出q来,因而手艺的开方算法和手艺除法算法相同有一步需求猜值。

咱们来一个手艺核算的比如:核算1234567890的开方

首要咱们把这个数两位两位一组分隔,核算出最高位为3。也便是(3)中的p,最下面一行的334为余数,也便是公式(3)中的(x^2 – 100*p^2)近似值

3 ————— | 12 34 56 78 90 9 ————— | 3 34

下面咱们要找到一个0-9的数q使它最挨近满意公式(3)。咱们先把p乘以20写在334左面:

3 q ————— | 12 34 56 78 90 9 ————— 6q| 3 34

咱们看到q为5时(60+q*q)的值最挨近334,并且不超越334。所以咱们得到:

3 5 ————— | 12 34 56 78 90 9 ————— 65| 3 34 | 3 25 ————— 9 56

接下来便是重复上面的过程了,这儿就不再烦琐了。

这个手艺算法其实和10进制联系不大,因而咱们能够很简单的把它改为二进制,改为二进制之后,公式(3)就变成了:

q = (x^2 – 4*p^2)/(4*p+q) (4)

咱们来看一个比如,核算100(二进制1100100)的开方:

1 0 1 0 ————— | 1 10 01 00 1 ————— 100| 0 10 | 0 00 ————— | 10 011001| 10 01 ————— 0 00

这儿每一步不再是把p乘以20了,而是把p乘以4,也便是把p右移两位,而由于q的值只能为0或许1,所以咱们只需求判别余数(x^2 – 4*p^2)和(4*p+1)的巨细联系,假如余数大于等于(4*p+q)那么该上一个1,不然该上一个0。

下面给出完结的C言语程序,其间root表明p,rem表明每步核算之后的余数,divisor表明(4*p+1),经过a》》30取a的最高 2位,经过a《《=2将核算后的最高2位除掉。其间root的两次《《1相当于4*p。程序完全是依照手艺核算改写的,应该不难理解。

unsigned short sqrt(unsigned long a){

unsigned long rem = 0;

unsigned long root = 0;

unsigned long divisor = 0;

for(int i=0; i《16; i++){

root 《《= 1;

rem = ((rem 《《 2) + (a 》》 30));

a 《《= 2;

divisor = (root《《1) + 1;

if(divisor 《= rem){

rem -= divisor;

root++;

}

}

return (unsigned short)(root);

}

算法2 :单片机开平方的快速算法

由于作业的需求,要在单片机上完结开根号的操作。现在开平方的办法大部分是用牛顿

迭代法。我在查了一些材料今后找到了一个比牛顿迭代法愈加快速的办法。不敢独享,介

绍给我们,期望会有些协助。

1.原理

由于排版的原因,用pow(X,Y)表明X的Y次幂,用B[0],B[1],。..,B[m-1]表明一个序列,

其间[x]为下标。

假定:

B[x],b[x]都是二进制序列,取值0或1。

M = B[m-1]*pow(2,m-1) + B[m-2]*pow(2,m-2) + 。.. + B[1]*pow(2,1) + B[0]*pow

(2,0)

N = b[n-1]*pow(2,n-1) + b[n-2]*pow(2,n-2) + 。.. + b[1]*pow(2,1) + n[0]*pow

(2,0)

pow(N,2) = M

(1) N的最高位b[n-1]能够依据M的最高位B[m-1]直接求得。

设 m 已知,由于 pow(2, m-1) 《= M 《= pow(2, m),所以 pow(2, (m-1)/2) 《= N 《=

pow(2, m/2)

假如 m 是奇数,设m=2*k+1,

那么 pow(2,k) 《= N 《 pow(2, 1/2+k) 《 pow(2, k+1),

n-1=k, n=k+1=(m+1)/2

假如 m 是偶数,设m=2k,

那么 pow(2,k) 》 N 》= pow(2, k-1/2) 》 pow(2, k-1),

n-1=k-1,n=k=m/2

所以b[n-1]完全由B[m-1]决议。

余数 M[1] = M – b[n-1]*pow(2, 2*n-2)

(2) N的次高位b[n-2]能够选用试探法来确认。

由于b[n-1]=1,假定b[n-2]=1,则 pow(b[n-1]*pow(2,n-1) + b[n-1]*pow(2,n-2),

2) = b[n-1]*pow(2,2*n-2) + (b[n-1]*pow(2,2*n-2) + b[n-2]*pow(2,2*n-4)),

然后比较余数M[1]是否大于等于 (pow(2,2)*b[n-1] + b[n-2]) * pow(2,2*n-4)。这种

比较只须依据B[m-1]、B[m-2]、。..、B[2*n-4]便可做出判别,其他低位不做比较。

若 M[1] 》= (pow(2,2)*b[n-1] + b[n-2]) * pow(2,2*n-4), 则假定有用,b[n-2] =

1;

余数 M[2] = M[1] – pow(pow(2,n-1)*b[n-1] + pow(2,n-2)*b[n-2], 2) = M[1] –

(pow(2,2)+1)*pow(2,2*n-4);

若 M[1] 《 (pow(2,2)*b[n-1] + b[n-2]) * pow(2,2*n-4), 则假定无效,b[n-2] =

0;余数 M[2] = M[1]。

(3) 同理,能够从高位到低位逐位求出M的平方根N的各位。

运用这种算法核算32位数的平方根时最多只须比较16次,并且每次比较时不用把M的各位逐

一比较,尤其是开始时比较的位数很少,所以耗费的时刻远低于牛顿迭代法。

2. 完结代码

这儿给出完结32位无符号整数开方得到16位无符号整数的C言语代码。

——————————————————————————-

/****************************************/

/*FuncTIon: 开根号处理 */

/*进口参数:被开方数,长整型 */

/*出口参数:开方成果,整型 */

/****************************************/

unsigned int sqrt_16(unsigned long M)

{

unsigned int N, i;

unsigned long tmp, ttp; // 成果、循环计数

if (M == 0) // 被开方数,开方成果也为0

return 0;

N = 0;

tmp = (M 》》 30); // 获取最高位:B[m-1]

M 《《= 2;

if (tmp 》 1) // 最高位为1

{

N ++; // 成果当时位为1,不然为默许的0

tmp -= N;

}

for (i=15; i》0; i–) // 求剩下的15位

{

N 《《= 1; // 左移一位

tmp 《《= 2;

tmp += (M 》》 30); // 假定

ttp = N;

ttp = (ttp《《1)+1;

M 《《= 2;

if (tmp 》= ttp) // 假定建立

{

tmp -= ttp;

N ++;

}

}

return N;

}

以上都是网络查找的材料,有些不流畅难明,不过在实践运用中能够运用这些算法。

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