python处理大整数开方运算

文章讨论了Python内置函数pow()和sqrt()在处理大整数精度问题,介绍了decimal库用于高精度计算但不支持开方,然后提出了使用二分法求解大整数平方根的应用,特别提到在密码学中的费马攻击中,求得的小数部分意义不大。

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1.python自带函数缺陷

1.1pow()和sqrt()

pow()和math.sqrt(),以及**0.5的运算性质相同,对于大整数求解精度不高:

N=2491088917426733811725932992928748144806955379070084981859423461184276808893250106524506561409641097047378338533226586836156446516229863220375883799563423233589
print((N**0.5)**2)
print(N)

结果:

1.2decimal库

decimal库可以很好处理高精度数据,但不可进行开方运算

2.直接二分法算

def sqrt_binary_search(n):
    if n < 0:
        raise ValueError("输入必须是非负整数")

    if n == 0 or n == 1:
        return n

    # 二分查找范围是 [1, n]
    start, end = 1, n
    result = 1

    while start <= end:
        mid = (start + end) // 2
        if mid * mid == n:
            return mid
        elif mid * mid < n:
            start = mid + 1
            result = mid  # 记录当前的中间值,可能是答案
        else:
            end = mid - 1

    return result


N=2491088917426733811725932992928748144806955379070084981859423461184276808893250106524506561409641097047378338533226586836156446516229863220375883799563423233589
res1=sqrt_binary_search(N)
print(res1**2)
print(N)

问gpt的,不过得出来的解为整数,但对于大整数而言求小数部分没意义,起码在密码这方面是这样的

结果:

res1稍微小一点,在求解费马攻击时res1+1即可认定略大于根号n

### Python 中实现开方运算的方法 在 Python 编程中,可以采用多种方式来执行开方运算。以下是几种常用的技术: #### 使用 `math` 模块中的 `sqrt()` 函数 Python 的标准库提供了一个名为 `math` 的模块,其中包含了丰富的数学函数。为了计算一个数值的平方根,可以直接调用此模块下的 `sqrt()` 方法。 ```python import math number = 16 square_root = math.sqrt(number) print(f"The square root of {number} is {square_root}") ``` 这种方法简单易懂,并且适用于大多数常规情况[^2]。 #### 利用指数运算符 (`**`) 另一种更简洁的方式是利用 Python 提供的指数运算符来进行开方操作。具体来说,任何正实数 a 的平方根都可以通过表达式 `a ** 0.5` 来获得。 ```python num = 16 result = num ** 0.5 print(result) # 输出:4.0 ``` 这种方式不仅限于平方根,还可以扩展到其他类型的幂次根,比如三次根则可以用 `**(1/3)` 表达[^4]。 #### 处理大整数时的选择 当涉及到非常大的整数时,上述两种方法可能会遇到精度损失的问题。此时推荐使用内置函数 `pow(base, exp[, mod])` 或者第三方库如 GMPY2 等工具来提高准确性。特别是对于需要高精度的大规模数据集而言更为重要。 ```python from gmpy2 import mpz, sqrt as mp_sqrt large_number_str = '2491088917426733811725932992928748144806955379070084981859423461184276808893250106524506561409641097047378338533226586836156446516229863220375883799563423233589' N = mpz(large_number_str) approximate_square_root = float(N)**0.5 exact_square_root = mp_sqrt(N) print(approximate_square_root**2 != N) # True due to floating point error print(exact_square_root * exact_square_root == N) # Should be true with no loss in precision ``` 这里展示了即使是对极大数值也能保持较高精确度的做法[^5]。
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