比较两个双精度浮点数或两个浮点数最有效的方法是什么?

简单地这样做是不正确的:

bool CompareDoubles1 (double A, double B)
{
   return A == B;
}

比如:

bool CompareDoubles2 (double A, double B) 
{
   diff = A - B;
   return (diff < EPSILON) && (-diff < EPSILON);
}

似乎是浪费加工。

有人知道更聪明的浮点比较器吗?


当前回答

我对任何涉及浮点减法的答案都非常谨慎(例如,fabs(a-b) < epsilon)。首先,浮点数在更大的量级上变得更稀疏,在足够大的量级上,当间隔大于时,您可能只需要做a == b。其次,减去两个非常接近的浮点数(因为您正在寻找接近相等的浮点数)正是您得到灾难性抵消的方式。

虽然不能移植,但我认为grom的答案在避免这些问题方面做得最好。

其他回答

这取决于你想要的比较有多精确。如果您想对完全相同的数字进行比较,那么只需使用==。(除非你真的想要完全相同的数字,否则你几乎不会想这么做。)在任何一个不错的平台上,你都可以做到以下几点:

diff= a - b; return fabs(diff)<EPSILON;

因为晶圆厂往往很快。我说的快是指它基本上是一个位与,所以它最好快。

用于比较双精度和浮点数的整数技巧很好,但往往会使各种CPU管道更难有效处理。现在,由于使用堆栈作为频繁使用的值的临时存储区域,在某些有序架构上它肯定不会更快。(在乎的人可以去Load-hit-store。)

我使用这个代码:

bool AlmostEqual(double v1, double v2)
    {
        return (std::fabs(v1 - v2) < std::fabs(std::min(v1, v2)) * std::numeric_limits<double>::epsilon());
    }

下面是使用std::numeric_limits::epsilon()不是答案的证明——对于大于1的值它会失败:

证明我上面的评论:

#include <stdio.h>
#include <limits>

double ItoD (__int64 x) {
    // Return double from 64-bit hexadecimal representation.
    return *(reinterpret_cast<double*>(&x));
}

void test (__int64 ai, __int64 bi) {
    double a = ItoD(ai), b = ItoD(bi);
    bool close = std::fabs(a-b) < std::numeric_limits<double>::epsilon();
    printf ("%.16f and %.16f %s close.\n", a, b, close ? "are " : "are not");
}

int main()
{
    test (0x3fe0000000000000L,
          0x3fe0000000000001L);

    test (0x3ff0000000000000L,
          0x3ff0000000000001L);
}

运行产生如下输出:

0.5000000000000000 and 0.5000000000000001 are  close.
1.0000000000000000 and 1.0000000000000002 are not close.

请注意,在第二种情况下(1且仅大于1),两个输入值尽可能接近,并且仍然比较为不接近。因此,对于大于1.0的值,不妨只使用相等性测试。当比较浮点值时,固定的epsilon将无法保存您的数据。

在这个版本中,你可以检查,这些数字之间的差异并不比某些分数(比如,0.0001%)更大:

bool floatApproximatelyEquals(const float a, const float b) {
    if (b == 0.) return a == 0.; // preventing division by zero
    return abs(1. - a / b) < 1e-6;
}

请注意Sneftel关于浮动可能的分数限制的评论。

还要注意的是,它不同于使用绝对的epsilon的方法——这里你不需要担心“数量级”——数字可能是,比如说1e100,或者1e-100,它们总是会被一致地比较,而且你不必为每一种情况更新epsilon。

我的课程是基于之前发布的答案。非常类似于谷歌的代码,但我使用了一个偏差,将所有NaN值推到0xFF000000以上。这样可以更快地检查NaN。

这段代码是为了演示概念,而不是通用的解决方案。谷歌的代码已经展示了如何计算所有平台特定的值,我不想复制所有这些。我对这段代码做了有限的测试。

typedef unsigned int   U32;
//  Float           Memory          Bias (unsigned)
//  -----           ------          ---------------
//   NaN            0xFFFFFFFF      0xFF800001
//   NaN            0xFF800001      0xFFFFFFFF
//  -Infinity       0xFF800000      0x00000000 ---
//  -3.40282e+038   0xFF7FFFFF      0x00000001    |
//  -1.40130e-045   0x80000001      0x7F7FFFFF    |
//  -0.0            0x80000000      0x7F800000    |--- Valid <= 0xFF000000.
//   0.0            0x00000000      0x7F800000    |    NaN > 0xFF000000
//   1.40130e-045   0x00000001      0x7F800001    |
//   3.40282e+038   0x7F7FFFFF      0xFEFFFFFF    |
//   Infinity       0x7F800000      0xFF000000 ---
//   NaN            0x7F800001      0xFF000001
//   NaN            0x7FFFFFFF      0xFF7FFFFF
//
//   Either value of NaN returns false.
//   -Infinity and +Infinity are not "close".
//   -0 and +0 are equal.
//
class CompareFloat{
public:
    union{
        float     m_f32;
        U32       m_u32;
    };
    static bool   CompareFloat::IsClose( float A, float B, U32 unitsDelta = 4 )
                  {
                      U32    a = CompareFloat::GetBiased( A );
                      U32    b = CompareFloat::GetBiased( B );

                      if ( (a > 0xFF000000) || (b > 0xFF000000) )
                      {
                          return( false );
                      }
                      return( (static_cast<U32>(abs( a - b ))) < unitsDelta );
                  }
    protected:
    static U32    CompareFloat::GetBiased( float f )
                  {
                      U32    r = ((CompareFloat*)&f)->m_u32;

                      if ( r & 0x80000000 )
                      {
                          return( ~r - 0x007FFFFF );
                      }
                      return( r + 0x7F800000 );
                  }
};