面试题16:数值的整数次方

给定一个double类型的浮点数base和int类型的整数exponent。求base的exponent次方。保证base和exponent不同时为0

常规方法:

  1. 当指数为正时,直接循环计算n次方即可;

  2. 当指数为0时,返回1;

  3. 当指数为负时,先对指数求绝对值,算出次方的结果之后再取倒数。这一步可以与第一步结合起来一起弄。
    特别要注意的是:题目要求指数与底数不能同时为0。且,在数学上要求如0^-1等这种以0做底数的,指数不能小于0,所以也得满足这个要求。
    代码:

    class Solution {
    public:
     const double doubleZero = 0.0000001;
     double Power(double base, int exponent)
     {
         //base与exponenet不同时为0;若base为0,则指数不能为负数
         if ((base >= -doubleZero) && (base <= doubleZero) && exponent <= 0)
         {
             //cout << "input error!"<<endl;
             return NULL;
         }
    
         if (exponent == 0)
             return 1;
    
         double exponent_base=1.0;
         int exponent_positive = exponent;
         if (exponent < 0)
             exponent_positive = 0 - exponent;
    
         for (int i = 1; i <= exponent_positive; i++)
         {
             exponent_base = exponent_base * base;
         }
    
         if (exponent < 0)
             exponent_base = 1.0 / exponent_base;
         return exponent_base;
         }
    };

    高级方法:

    在常规方法中,当计算a^32次时需循环计算31次乘法。但若我们已经知道了a^16次,就能直接计算(a^16)^2得出最后结果,而a^16又是a^8的平方……依次考虑,得到公式
    图片说明
    可以利用递归方法解决,具体代码如下:

    const double doubleZero = 0.0000001;
    double PowerWithUnsingedExponent(double base, unsigned int exponent);
    double Power(double base, int exponent)
    {
     //base与exponenet不同时为0;若base为0,则指数不能为负数
     if ((base >= -doubleZero) && (base <= doubleZero) && exponent <= 0)
     {
         cout << "input error!"<<endl;
         return NULL;
     }
    
     if (exponent == 0)
         return 1;
    
     double exponent_base=1.0;
     unsigned int exponent_positive = (unsigned int)(exponent);
     if (exponent < 0)
         exponent_positive = (unsigned int)(- exponent);
    
     /*
     for (int i = 1; i <= exponent_positive; i++)
     {
         exponent_base = exponent_base * base;
     }
     */
     exponent_base = PowerWithUnsingedExponent(base, exponent_positive);
     if (exponent < 0)
         exponent_base = 1.0 / exponent_base;
     return exponent_base;
    }
    //计算次方的具体方法。
    double PowerWithUnsingedExponent(double base, unsigned int exponent)
    {
     if (exponent == 0)
         return 1;
     if (exponent == 1)
         return base;
     if (exponent % 2 == 0)
     {
         double halfResult = PowerWithUnsingedExponent(base , exponent/2);
         return halfResult * halfResult;
     }
     if (exponent % 2 == 1)
     {
         double halfResult = PowerWithUnsingedExponent(base , (exponent-1 / 2));
         return halfResult * halfResult*base;
     }
    }

在代码中注意两点

  1. 由于我们在计算次方过程中一直将指数视为正数或0,所以可以直接将指数转化为unsigned int型变量;
  2. 书上实现的方法有两个细节:
    用右移运算符>>代替了除以2;
    用位与运算符&代替了求余运算符%来判断一个数是奇数还是偶数。
    由于位运算符的效率比直接乘除法及求余运算的效率高很多,所以起到优化代码的作用。
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