它被打破的方式与你在小学学习并每天使用的十进制（以10为基础）表示法完全相同，只是以2为基础。

要理解，请考虑将1/3表示为十进制值。这是不可能做到的！世界将在你写完小数点后的3之前结束，所以我们写了一些地方，认为它足够准确。

以同样的方式，1/10（十进制0.1）不能以2为基数（二进制）精确地表示为“十进制”值；小数点后的重复模式将永远持续下去。该值不精确，因此无法使用常规浮点方法对其进行精确计算。与基数10一样，还有其他值也显示了这个问题。

在硬件级别，浮点数表示为二进制数的分数（以2为基数）。例如，小数：

0.125

具有1/10+2/100+5/1000的值，并且以相同的方式，具有二进制分数：

0.001

值为0/2+0/4+1/8。这两个分数具有相同的值，唯一的区别是第一个是小数，第二个是二进制分数。

不幸的是，大多数十进制分数不能用二进制分数表示。因此，通常情况下，您给出的浮点数仅近似于存储在机器中的二进制分数。

这个问题在基础10中更容易解决。以分数1/3为例。您可以将其近似为小数：

0.3

或更好，

0.33

或更好，

0.333

无论你写了多少个小数点，结果永远不会精确到1/3，但这是一个总是更接近的估计。

同样，无论使用多少个以2为基数的小数位数，小数值0.1都不能精确地表示为二进制小数。在基数2中，1/10是以下周期数：

0.0001100110011001100110011001100110011001100110011 ...

停止在任何有限数量的比特，你会得到一个近似值。

对于Python，在典型的机器上，53位用于浮点的精度，因此输入小数0.1时存储的值是二进制小数。

0.00011001100110011001100110011001100110011001100110011010

其接近但不完全等于1/10。

很容易忘记存储的值是原始小数的近似值，因为在解释器中显示浮点的方式。Python只显示二进制存储值的十进制近似值。如果Python要输出存储为0.1的二进制近似值的真正十进制值，它将输出：

>>> 0.1
0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625

这比大多数人预期的小数位数要多得多，因此Python显示舍入值以提高可读性：

>>> 0.1
0.1

重要的是要理解，在现实中这是一种错觉：存储的值不完全是1/10，只是在显示器上存储的值被舍入。当您使用这些值执行算术运算时，这一点就会变得明显：

>>> 0.1 + 0.2
0.30000000000000004

这种行为是机器浮点表示的本质所固有的：它不是Python中的错误，也不是代码中的错误。你可以在所有其他语言中观察到相同类型的行为​​使用硬件支持计算浮点数（尽管有些语言​​默认情况下不使差异可见或在所有显示模式下不可见）。

另一个令人惊讶的地方就在这一点上。例如，如果尝试将值2.675舍入到两位小数，则会得到

>>> round (2.675, 2)
2.67

round（）原语的文档表明它舍入到离零最近的值。由于小数正好在2.67和2.68之间的一半，因此应该可以得到2.68（二进制近似值）。然而，情况并非如此，因为当小数2.675转换为浮点时，它由精确值为：

2.67499999999999982236431605997495353221893310546875

由于近似值比2.68略接近2.67，因此舍入值降低。

如果您处于小数向下舍入的情况，那么应该使用十进制模块。顺便说一下，十进制模块还提供了一种方便的方式来“查看”为任何浮点存储的确切值。

>>> from decimal import Decimal
>>> Decimal (2.675)
>>> Decimal ('2.67499999999999982236431605997495353221893310546875')

0.1不是精确存储在1/10中这一事实的另一个结果是十个值的总和​​0.1也不等于1.0：

>>> sum = 0.0
>>> for i in range (10):
... sum + = 0.1
...>>> sum
0.9999999999999999

二进制浮点数的算术有很多这样的惊喜。“0.1”的问题将在下文“表示错误”一节中详细解释。有关此类惊喜的更完整列表，请参阅浮点运算的危险。

确实没有简单的答案，但是不要对浮动虚拟数字过分怀疑！在Python中，浮点数操作中的错误是由底层硬件造成的，在大多数机器上，每次操作的错误率不超过1/2*53。这对于大多数任务来说都是非常必要的，但您应该记住，这些操作不是十进制操作，并且对浮点数字的每一次操作都可能会出现新的错误。

尽管存在病态的情况，但对于大多数常见的用例，您只需在显示器上舍入到所需的小数位数，就可以在最后得到预期的结果。有关如何显示浮点数的详细控制，请参阅字符串格式语法以了解str.format（）方法的格式规范。

答案的这一部分详细解释了“0.1”的示例，并展示了如何自己对此类案例进行精确分析。我们假设您熟悉浮点数的二进制表示。术语表示错误意味着大多数小数不能用二进制精确表示。这就是为什么Python（或Perl、C、C++、Java、Fortran等）通常不会以十进制显示精确结果的主要原因：

>>> 0.1 + 0.2
0.30000000000000004

为什么？1/10和2/10不能用二进制分数精确表示。然而，今天（2010年7月）所有的机器都遵循IEEE-754标准来计算浮点数。大多数平台使用“IEEE-754双精度”来表示Python浮点。双精度IEEE-754使用53位精度，因此在读取时，计算机尝试将0.1转换为J/2*N形式的最接近分数，J正好是53位的整数。重写：

1/10 ~ = J / (2 ** N)

in :

J ~ = 2 ** N / 10

记住J正好是53位（所以>=2**52但<2**53），N的最佳可能值是56:

>>> 2 ** 52
4503599627370496
>>> 2 ** 53
9007199254740992
>>> 2 ** 56/10
7205759403792793

因此，56是N的唯一可能值，正好为J保留53位。因此，J的最佳可能值是这个商，四舍五入：

>>> q, r = divmod (2 ** 56, 10)
>>> r
6

由于进位大于10的一半，通过四舍五入获得最佳近似值：

>>> q + 1
7205759403792794

因此，“IEEE-754双精度”中1/10的最佳近似值为2**56以上，即：

7205759403792794/72057594037927936

注意，由于四舍五入是向上进行的，结果实际上略大于1/10；如果我们没有四舍五入，这个商会略小于1/10。但无论如何都不是1/10！

因此，计算机从未“看到”1/10：它看到的是上面给出的精确分数，这是使用“IEEE-754”中的双精度浮点数的最佳近似值：

>>>. 1 * 2 ** 56
7205759403792794.0

如果我们将这个分数乘以10**30，我们可以观察到这些值​​它的30位小数具有很强的权重。

>>> 7205759403792794 * 10 ** 30 // 2 ** 56
100000000000000005551115123125L

这意味着存储在计算机中的精确值近似等于十进制值0.100000000000000005551115123125。在Python 2.7和Python 3.1之前的版本中，Python舍入这些值​​到17位有效小数，显示“0.10000000000000001”。在当前版本的Python中，显示的值是分数尽可能短的值，当转换回二进制时，给出的表示形式完全相同，只需显示“0.1”。

可以在数字计算机中实现的浮点数学必须使用实数的近似值及其运算。（标准版文件长达50多页，并有一个委员会处理其勘误表和进一步完善。）

这种近似是不同类型的近似的混合，每一种都可以被忽略或仔细考虑，因为其偏离精确性的特定方式。它还涉及到许多硬件和软件层面的明确例外情况，大多数人都会走过来假装没有注意到。

如果您需要无限精度（例如，使用数字π，而不是其许多较短的替代项之一），您应该编写或使用符号数学程序。

但是，如果您同意浮点数学有时在值和逻辑上是模糊的，错误可能会很快累积，并且您可以编写需求和测试来考虑这一点，那么您的代码可以经常通过FPU中的内容。

一些统计数据与这个著名的双精度问题有关。

当使用0.1（从0.1到100）的步长将所有值（a+b）相加时，精度误差的概率约为15%。请注意，该错误可能会导致稍大或稍小的值。以下是一些示例：

0.1 + 0.2 = 0.30000000000000004 (BIGGER)
0.1 + 0.7 = 0.7999999999999999 (SMALLER)
...
1.7 + 1.9 = 3.5999999999999996 (SMALLER)
1.7 + 2.2 = 3.9000000000000004 (BIGGER)
...
3.2 + 3.6 = 6.800000000000001 (BIGGER)
3.2 + 4.4 = 7.6000000000000005 (BIGGER)

当使用0.1（从100到0.1）的步长减去所有值（a-b，其中a>b）时，我们有大约34%的精度误差。以下是一些示例：

0.6 - 0.2 = 0.39999999999999997 (SMALLER)
0.5 - 0.4 = 0.09999999999999998 (SMALLER)
...
2.1 - 0.2 = 1.9000000000000001 (BIGGER)
2.0 - 1.9 = 0.10000000000000009 (BIGGER)
...
100 - 99.9 = 0.09999999999999432 (SMALLER)
100 - 99.8 = 0.20000000000000284 (BIGGER)

*15%和34%确实是巨大的，所以当精度非常重要时，请始终使用BigDecimal。使用2个十进制数字（步骤0.01），情况会进一步恶化（18%和36%）。

为了好玩，我按照标准C99的定义玩了浮点数的表示，并编写了下面的代码。

代码以3个独立的组打印浮点的二进制表示

SIGN EXPONENT FRACTION

然后，它打印一个和，当以足够的精度求和时，它将显示硬件中真正存在的值。

因此，当你写float x=999…时，编译器会将该数字转换为函数xx打印的位表示，这样函数yy打印的和就等于给定的数字。

事实上，这个总数只是一个近似值。对于数字999999999，编译器将在浮点的位表示中插入数字1000000000

代码之后，我附加了一个控制台会话，在该会话中，我计算硬件中真正存在的两个常量（减去PI和999999999）的项和，并由编译器插入其中。

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

void
xx(float *x)
{
    unsigned char i = sizeof(*x)*CHAR_BIT-1;
    do {
        switch (i) {
        case 31:
             printf("sign:");
             break;
        case 30:
             printf("exponent:");
             break;
        case 23:
             printf("fraction:");
             break;

        }
        char b=(*(unsigned long long*)x&((unsigned long long)1<<i))!=0;
        printf("%d ", b);
    } while (i--);
    printf("\n");
}

void
yy(float a)
{
    int sign=!(*(unsigned long long*)&a&((unsigned long long)1<<31));
    int fraction = ((1<<23)-1)&(*(int*)&a);
    int exponent = (255&((*(int*)&a)>>23))-127;

    printf(sign?"positive" " ( 1+":"negative" " ( 1+");
    unsigned int i = 1<<22;
    unsigned int j = 1;
    do {
        char b=(fraction&i)!=0;
        b&&(printf("1/(%d) %c", 1<<j, (fraction&(i-1))?'+':')' ), 0);
    } while (j++, i>>=1);

    printf("*2^%d", exponent);
    printf("\n");
}

void
main()
{
    float x=-3.14;
    float y=999999999;
    printf("%lu\n", sizeof(x));
    xx(&x);
    xx(&y);
    yy(x);
    yy(y);
}

---

这里是一个控制台会话，我在其中计算硬件中存在的浮点值的实际值。我使用bc打印主程序输出的项的总和。可以将该和插入python-repl或类似的内容中。

-- .../terra1/stub
@ qemacs f.c
-- .../terra1/stub
@ gcc f.c
-- .../terra1/stub
@ ./a.out
sign:1 exponent:1 0 0 0 0 0 0 fraction:0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1
sign:0 exponent:1 0 0 1 1 1 0 fraction:0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0
negative ( 1+1/(2) +1/(16) +1/(256) +1/(512) +1/(1024) +1/(2048) +1/(8192) +1/(32768) +1/(65536) +1/(131072) +1/(4194304) +1/(8388608) )*2^1
positive ( 1+1/(2) +1/(4) +1/(16) +1/(32) +1/(64) +1/(512) +1/(1024) +1/(4096) +1/(16384) +1/(32768) +1/(262144) +1/(1048576) )*2^29
-- .../terra1/stub
@ bc
scale=15
( 1+1/(2) +1/(4) +1/(16) +1/(32) +1/(64) +1/(512) +1/(1024) +1/(4096) +1/(16384) +1/(32768) +1/(262144) +1/(1048576) )*2^29
999999999.999999446351872

就是这样。999999999的值实际上是

999999999.999999446351872

您也可以通过bc检查-3.14也受到干扰。不要忘记在bc中设置比例因子。

显示的金额是硬件内部的金额。通过计算它获得的值取决于设置的比例。我确实将比例因子设置为15。数学上，以无限的精度，它似乎是1000000000。

其实很简单。当你有一个基数为10的系统（像我们的系统）时，它只能表示使用基数素因子的分数。10的主要因子是2和5。因此，1/2、1/4、1/5、1/8和1/10都可以清晰地表达，因为分母都使用10的素因子。相比之下，1/3、1/6和1/7都是重复小数，因为它们的分母使用3或7的素因子。在二进制（或基数2）中，唯一的素因子是2。所以你只能清楚地表达分数，它只包含2作为素因子。在二进制中，1/2、1/4、1/8都可以清晰地表示为小数。而1/5或1/10将是重复小数。因此，0.1和0.2（1/10和1/5）虽然在以10为基数的系统中是干净的小数，但在计算机运行的以2为基数的体系中是重复的小数。当你对这些重复的小数进行数学运算时，当你将计算机的以2（二进制）为基数的数字转换为更易于人类阅读的以10为基础的数字时，你最终会留下剩余部分。

从…起https://0.30000000000000004.com/