Como eu posso elevar um número a uma potência sem usar a biblioteca math.h
?
Exemplo:
potencia = x ^ 1/2;
Como faço isso em c++?
Se o objetivo é aprender como a função funciona, uma boa forma é ler o código fonte de alguma implementação da libc
, tomarei por exemplo a glibc.
A função powf
(chamada internamente de __powf
) está definida no /math/w_powf.c
. A operação dela se resume a chamar a __ieee754_powf
que faz a operação real e depois lida com edge cases. Essa segunda está definida em /sysdeps/ieee754/flt-32/e_powf.c
. Não é um código fácil de ler, mas pode valer o esforço. O interessante nesse código é que ele computa em tempo constante. Não há loops ou recursão.
Em uma outra implementação, a dietlibc, a função está no arquivo /libm/pow.c
. Ela tem uma otimização para inteiros que calcula em um loop. O pow para não inteiros é calculado como exp(log(mant)*expo)
, delegando a outras funções. A função exp
e log
são implementadas em assembly usando instruções apropriadas da FPU que fazem o cálculo em hardware. Ver /i386/log.S
e /i386/exp.S
.
Recomendo cuidado se pretende implementar sua própria versão de alguma dessas funções. Faça isso apenas se for realmente necessário (você estar em um ambiente extremamente limitado de recursos e não pode se dar ao luxo de incluir uma libc junto a sua aplicação). Escrever uma função equivalente pode ser muito interessante para estudos, mas não em produção.
exp(x)
é bastante simples de implementar com séries. Mas e quanto ao log(x)
? Fiz alguns testes e não pude criar uma série convergente sem limitar o dominio. Alguma sugestão?
Commented
12/02/2014 às 13:34
Bem vindo ao mundo da matemática computacional onde várias funções como Pi, raiz quadrada, seno e coseno são implementadas como o somatórios de séries infinitas convergentes.
Existe uma questão igual no StackOverflow em inglês que vale a pena ler:
https://stackoverflow.com/questions/2882706/how-can-i-write-a-power-function-myself
Também pode ser interessante visitar o wiki da fast inverse square root que fala da implementação performática (e menos precisa) do algoritmo.
http://en.wikipedia.org/wiki/Fast_inverse_square_root
Lembrando que todas esses algoritmos oferecem valores com algum grau de precisão, nunca um valor exato pois uma precisão "infinita" precisaria de processamento infinito e memória infinita.
sqrt(2)
é guardado como sqrt(2)
e não como o resultado disso. Assim quando esse valor for elevado ao quadrado, o resultado é perfeitamente e exatamente 2
.
Commented
12/02/2014 às 13:55
Minha tentativa, baseada no @Guilherme Bernal. Certamente tem problemas com valores extremos, acumulação de erros de arredondamento etc. etc. mas para valores "bem comportados" pareceu funcionar bem.
#include <stdio.h>
#include <math.h>
double epsilon = 1e-15;
double myexp(double x) {
double old_r = 0;
double r = 1 + x;
double div = 1;
double i = 1;
double m = x;
while (fabs(1 - r / old_r) > epsilon) {
div *= ++i;
m *= x;
old_r = r;
r += m / div;
}
return r;
}
double mylog(double x) {
static const double e = 2.718281828459045;
int n = 0;
while (fabs(x) >= 1) {
x /= e;
++n;
}
x -= 1;
double r = x;
double m = x;
double old_r = 0;
double div = 1;
double signal = 1;
while (fabs(1 - r / old_r) > epsilon) {
m *= x;
old_r = r;
signal *= -1;
r += signal * m / ++div;
}
return n+r;
}
int main() {
printf("exp(1) = %.15f\n", exp(1));
printf("exp(10) = %.15f\n", exp(10));
printf("log(exp(10)) = %.15f\n", log(exp(10)));
printf("sqrt(2) = %.15f\n", exp(0.5*log(2)));
printf("--\n");
printf("exp(1) = %.15f\n", myexp(1));
printf("exp(10) = %.15f\n", myexp(10));
printf("log(exp(10)) = %.15f\n", mylog(myexp(10)));
printf("sqrt(2) = %.15f\n", myexp(0.5*mylog(2)));
}
Demonstração: Coliru
exp(1) = 2.718281828459045
exp(10) = 22026.465794806717895
log(exp(10)) = 10.000000000000000
sqrt(2) = 1.414213562373095
--
exp(1) = 2.718281828459046
exp(10) = 22026.465794806710619
log(exp(10)) = 10.000000000000002
sqrt(2) = 1.414213562373096
sqrt(2) != 1.307
. Creio que vc quis dizer que sqrt(2) = myexp(0.5*mylog(2))
log
. Eu respondi uma questão idêntica à essa (não havia percebido que era duplicata, pensava serem apenas relacionadas) usando a definição de logaritmo neperiano através da integral de 1/x dx
Commented
28/01/2018 às 6:28
Unico modo de fazer isso é pela aproximação
(1+x)^(1/2) ~ 1 + x/2
quando x é muito pequeno, ou criando uma rotina para a série completa
(1+x)^(1/2) = 1 + x/2 - 3x/4 + 15x/8 - ...
coisa que a função sqrt() já faz eficientemente. Então, os únicos motivos para não usá-la é se você estiver estudando computação numérica ou quer criar algum algoritmo melhor.
Pense em como você faria isso em uma prova de matemática. x^(1/2)
equivale a sqrt(x)
. Com isso em mente, o restante da implementação é bem tranquilo.
Observação: conforme lembrado, de fato x^(1/2)
equivale a sqrt(x)
e não a 1/x^2
, como os colegas me lembraram. A implementação de uma raiz quadrada é um pouco mais complicada do que eu havia planejado, mas continua valendo a intenção da resposta inicial – basta ver como você faria a implementação (ou melhor, o algoritmo).
sqrt
é não trivial de ser implementado. E me parece que o expoente 1/2
foi apenas um exemplo, ele estaria interessado em a^b
, podendo ambos ser não inteiros.
Commented
11/02/2014 às 15:18
Boa tarde, o programa com a função ficará assim:
float paw (float x, float y);
main()
{
float a, b, res;
printf("Entre com o base:");
scanf("%f", &a);
printf("\n\nEntre com o expoente:");
scanf("%f", &b);
res= paw(a,b);
printf("O resultado sera:%f\n\n", res);
system("pause");
}
float paw ( float x, float y)
{
float i;
float a;
if(y== 0 && x!=0)
return 1;
else if(y>=0)
{
a=1;
for( i=0 ; i<=y-1 ; i++)
a = x*a;
return a;
}
else
{
y = -1*y;
a=1;
for( i=0 ; i<=y-1 ; i++)
a = x*a;
a = 1.0/a;
return a;
}
}
O mais simples possível sem a biblioteca math.h
//Tomás Louraco 19/02/18
//Programa que escreve a potencia
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
setlocale(LC_ALL,"portuguese");
int b, a, i, c=1;
cout << "\t\tIntroduza o valor de A : ";
cin >> a;
cout << "\t\tIntroduza o expoente : ";
cin >> b;
for (i=0;i<=b;i++)
{
c=c*a;
}
cout << "\n\n\n\t\tResultado : " << c;
return 0;
}
0.5
Commented
19/02/2018 às 11:52
Imagino que seja mais ou menos assim:
#include <stdio.h>
main(){
int b,c,d,n,x,y,z;
double p;
printf("Lembrando que: base ^ (numerador/denominador) = potencia\n\n"); //Linha opcional
printf("Digite o valor da base: ");
scanf("%d",&b);
printf("Digite o numerador da fracao do expoente: ");
scanf("%d",&n);
printf("Digite o denominador da fracao do expoente: ");
scanf("%d",&d);
x=1;
z=n;
while (z>0)
{
z=z-1;
x=x*b;
}
p=0;
y=0;
while (y<x)
{
p=p+0.00001;
c=0;
y=1;
while (c<d)
{
c=c+1;
y=y*p;
}
}
printf("\n\nPotencia: %d ^ (%d/%d) = %.4lf",b,n,d,p);
getchar();
}
libc
? Você está fazendo isso para um ambiente sem alibc
ou é apenas um exercício para aprender como funciona?math.h
?