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?
正如其他人所指出的那样,使用固定指数(例如0.0000001)对于远离该值的值是无用的。例如,如果你的两个值是10000.000977和10000,那么这两个数字之间没有32位浮点值——10000和10000.000977是你可能得到的最接近的值,而不是位对位相同。这里,小于0.0009是没有意义的;你也可以使用直接等式运算符。
同样地,当两个值的大小接近ε时,相对误差增长到100%。
Thus, trying to mix a fixed point number such as 0.00001 with floating-point values (where the exponent is arbitrary) is a pointless exercise. This will only ever work if you can be assured that the operand values lie within a narrow domain (that is, close to some specific exponent), and if you properly select an epsilon value for that specific test. If you pull a number out of the air ("Hey! 0.00001 is small, so that must be good!"), you're doomed to numerical errors. I've spent plenty of time debugging bad numerical code where some poor schmuck tosses in random epsilon values to make yet another test case work.
如果你从事任何类型的数值编程,并认为你需要达到定点的epsilon,请阅读BRUCE关于比较浮点数的文章。
浮点数比较
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。
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 );
}
};
意识到这是一个老话题,但这篇文章是我发现的关于比较浮点数的最直接的文章之一,如果你想探索更多,它也有更详细的参考资料,它的主要站点涵盖了处理浮点数的完整范围的问题《浮点指南:比较》。
我们可以在浮点公差中找到一篇更实用的文章,并指出有绝对公差测试,在c++中归结为:
bool absoluteToleranceCompare(double x, double y)
{
return std::fabs(x - y) <= std::numeric_limits<double>::epsilon() ;
}
及相对耐量试验:
bool relativeToleranceCompare(double x, double y)
{
double maxXY = std::max( std::fabs(x) , std::fabs(y) ) ;
return std::fabs(x - y) <= std::numeric_limits<double>::epsilon()*maxXY ;
}
文章指出,当x和y较大时,绝对检验失败;当x和y较小时,相对检验失败。假设绝对耐受性和相对耐受性是相同的,综合测试将是这样的:
bool combinedToleranceCompare(double x, double y)
{
double maxXYOne = std::max( { 1.0, std::fabs(x) , std::fabs(y) } ) ;
return std::fabs(x - y) <= std::numeric_limits<double>::epsilon()*maxXYOne ;
}