C++如何判断一个整数是否为三角数(极速判定公式)

大磊吖_8087

大磊吖_8087

2026-06-12

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三角数是形如n(n+1)/2的正整数(如1、3、6、10……);循环暴力判定最坏需o(√x)次迭代,对大数(如1e12)太慢;高效方法是解n²+n−2x=0,验证(−1+√(1+8x))/2是否为正整数,并用整数平方校验避免浮点精度误差。

c++如何判断一个整数是否为三角数(极速判定公式)

什么是三角数,以及为什么不能用循环暴力判断

三角数是形如 n*(n+1)/2 的数(n 为正整数),比如 1、3、6、10、15……。如果用循环从 1 开始试算 i*(i+1)/2 直到 ≥ 目标值,最坏情况要迭代 O(√x) 次——对大整数(如 1e12)明显太慢。

真正高效的判定,是把问题反解:给定 x,是否存在正整数 n,使得 n*(n+1)/2 == x?整理得二次方程:n² + n − 2x = 0。解为 n = (−1 + √(1 + 8x)) / 2。只要这个结果是正整数,x 就是三角数。

用 sqrt 判定时必须处理浮点精度陷阱

double 的 sqrt 在大整数(如 > 2⁵³)上会丢失精度,导致 round 或 floor 出错。例如 x = 9999999999999999 时,sqrt(1+8*x) 可能返回略小或略大的值,直接转 int 就错。

  • 先用 std::sqrt 算出近似根 root,再取 long long r = std::llround(root)
  • 但必须验证:只接受满足 r*r == 1+8*x 的 r(用整数运算校验,不依赖浮点)
  • 然后检查 (r - 1) % 2 == 0 且 (r - 1) / 2 > 0,确保 n 是正整数

C++ 实现:安全、无分支、单次 sqrt

下面函数返回 true 当且仅当 x 是三角数:

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

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bool isTriangular(long long x) {
    if (x = 0 && s * s == disc) {
            return (s - 1) % 2 == 0 && (s - 1) / 2 > 0;
        }
    }
    return false;
}

关键点:

  • 不依赖 sqrt 的绝对精度,而是用整数平方校验
  • 只做一次 sqrt,再在 ±1 范围内穷举——实际几乎总在第一次就命中
  • 避免 sqrt 对负数或溢出输入未定义行为(disc 必须 ≥ 0,而 x ≥ 1 保证这点)

边界与性能注意点

对 long long 范围内的输入,disc = 1 + 8*x 最大可达约 8e18,仍在 double 可精确表示的整数范围内(≤ 2⁵³ ≈ 9e15)——但接近上限时已有风险。更稳妥的做法是用 std::sqrtl(long double 版本),或引入整数开方(如牛顿法),但绝大多数场景下上述 ±1 校验已足够健壮。

真正容易被忽略的是:x=0 和负数要提前排除;x=1 必须返回 true;而 disc 为完全平方数只是必要条件,还需确认 (r−1) 是偶数且为正——漏掉任一条件都会误判。

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