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?
'返回fabs(a - b) < EPSILON;
这是可以的,如果:
输入的数量级变化不大
极少数相反的符号可以被视为相等
否则就会给你带来麻烦。双精度数的分辨率约为小数点后16位。如果您正在比较的两个数字在量级上大于EPSILON*1.0E16,那么您可能会说:
return a==b;
我将研究一种不同的方法,假设您需要担心第一个问题,并假设第二个问题对您的应用程序很好。解决方案应该是这样的:
#define VERYSMALL (1.0E-150)
#define EPSILON (1.0E-8)
bool AreSame(double a, double b)
{
double absDiff = fabs(a - b);
if (absDiff < VERYSMALL)
{
return true;
}
double maxAbs = max(fabs(a) - fabs(b));
return (absDiff/maxAbs) < EPSILON;
}
这在计算上是昂贵的,但有时是需要的。这就是我们公司必须做的事情,因为我们要处理一个工程库,输入可能相差几十个数量级。
无论如何,关键在于(并且适用于几乎所有的编程问题):评估你的需求是什么,然后想出一个解决方案来满足你的需求——不要认为简单的答案就能满足你的需求。如果在您的评估后,您发现fabs(a-b) < EPSILON将足够,完美-使用它!但也要注意它的缺点和其他可能的解决方案。
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。
使用任何其他建议都要非常小心。这完全取决于上下文。
我花了很长时间在一个系统中追踪错误,该系统假设|a-b|<epsilon,则a==b。潜在的问题是:
The implicit presumption in an algorithm that if a==b and b==c then a==c.
Using the same epsilon for lines measured in inches and lines measured in mils (.001 inch). That is a==b but 1000a!=1000b. (This is why AlmostEqual2sComplement asks for the epsilon or max ULPS).
The use of the same epsilon for both the cosine of angles and the length of lines!
Using such a compare function to sort items in a collection. (In this case using the builtin C++ operator == for doubles produced correct results.)
就像我说的,这完全取决于上下文和a和b的预期大小。
顺便说一下,std::numeric_limits<double>::epsilon()是“机器epsilon”。它是1.0和下一个用double表示的值之间的差值。我猜它可以用在比较函数中,但只有当期望值小于1时。(这是对@cdv的回答的回应…)
同样,如果你的int算术是双精度的(这里我们在某些情况下使用双精度来保存int值),你的算术是正确的。例如,4.0/2.0将等同于1.0+1.0。只要你不做导致分数(4.0/3.0)的事情,或者不超出int的大小。
就数量的规模而言:
如果在某种物理意义上,ε是量的大小(即相对值)的一小部分,而A和B类型在同一意义上具有可比性,那么我认为,下面的观点是相当正确的:
#include <limits>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <cmath>
#include <cstdlib>
#include <cassert>
template< typename A, typename B >
inline
bool close_enough(A const & a, B const & b,
typename std::common_type< A, B >::type const & epsilon)
{
using std::isless;
assert(isless(0, epsilon)); // epsilon is a part of the whole quantity
assert(isless(epsilon, 1));
using std::abs;
auto const delta = abs(a - b);
auto const x = abs(a);
auto const y = abs(b);
// comparable generally and |a - b| < eps * (|a| + |b|) / 2
return isless(epsilon * y, x) && isless(epsilon * x, y) && isless((delta + delta) / (x + y), epsilon);
}
int main()
{
std::cout << std::boolalpha << close_enough(0.9, 1.0, 0.1) << std::endl;
std::cout << std::boolalpha << close_enough(1.0, 1.1, 0.1) << std::endl;
std::cout << std::boolalpha << close_enough(1.1, 1.2, 0.01) << std::endl;
std::cout << std::boolalpha << close_enough(1.0001, 1.0002, 0.01) << std::endl;
std::cout << std::boolalpha << close_enough(1.0, 0.01, 0.1) << std::endl;
return EXIT_SUCCESS;
}