考虑以下代码:

0.1 + 0.2 == 0.3  ->  false
0.1 + 0.2         ->  0.30000000000000004

为什么会出现这些错误?


当前回答

想象一下,以10为基数,例如8位数的精度工作。您检查是否

1/3 + 2 / 3 == 1

并了解到这返回错误。为什么?好吧,作为真实的数字

1/3=0.333….和2/3=0.666。。。。

在小数点后八位截断,我们得到

0.33333333 + 0.66666666 = 0.99999999

当然,这与1.00000000正好相差0.00000001。


具有固定位数的二进制数的情况完全类似。作为实数,我们有

1/10=0.0001100110011001100…(底座2)

and

1/5=0.00111001100110011001…(底座2)

如果我们把这些截成七位

0.0001100 + 0.0011001 = 0.0100101

而另一方面,

3/10=0.010011001100110011…(基数2)

被截断为七位的值为0.0100110,两者相差0.0000001。


确切的情况稍显微妙,因为这些数字通常以科学符号存储。因此,例如,我们可以将其存储为1.10011*2^-4,而不是将1/10存储为0.0001100,这取决于我们为指数和尾数分配了多少位。这会影响计算的精度位数。

结果是,由于这些舍入错误,您根本不想在浮点数上使用==。相反,您可以检查它们的差值的绝对值是否小于某个固定的小数字。

其他回答

浮点数的陷阱是它们看起来像十进制,但它们是二进制的。

2的唯一素因子是2,而10的素因子为2和5。这样做的结果是,每一个可以完全写成二进制分数的数字也可以完全写成十进制分数,但只有一部分可以写成十进制分数的数字可以写成二进制分数。

浮点数本质上是一个有效位数有限的二进制分数。如果你超过这些有效数字,那么结果将被四舍五入。

当您在代码中键入文字或调用函数将浮点数解析为字符串时,它需要一个十进制数,并将该十进制数的二进制近似值存储在变量中。

当您打印浮点数或调用函数将浮点数转换为字符串时,它将打印浮点数的十进制近似值。可以将二进制数字精确地转换为十进制,但在转换为字符串*时,我所知道的任何语言都不会默认这样做。一些语言使用固定数量的有效数字,其他语言使用最短的字符串,该字符串将“往返”返回到相同的浮点值。

*Python在将浮点数转换为“decimal.decimal”时确实会进行精确的转换。这是我所知道的获得浮点数的精确十进制等效值的最简单方法。

这个问题的许多重复问题都是关于浮点舍入对特定数字的影响。在实践中,通过查看感兴趣的计算的确切结果而不是仅仅阅读它,更容易了解它的工作原理。一些语言提供了实现这一点的方法,例如在Java中将浮点或双精度转换为BigDecimal。

由于这是一个语言不可知的问题,因此需要语言不可知工具,例如十进制到浮点转换器。

将其应用于问题中的数字,视为双精度:

0.1转换为0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625,

0.2转换为0.200000000000000011102230246251565404236316680908203125,

0.3转换为0.299999999999999988897769753748434595763683319091796875,以及

0.300000000000000004转换为0.30000000000000000444089209850062616169452667236328125。

手动或在十进制计算器(如Full Precision calculator)中添加前两个数字,显示实际输入的精确和为0.30000000000000000166533453693773481063544750213623046875。

如果四舍五入到等于0.3,则舍入误差将为0.000000000000000027755575615628913510591702705078125。四舍五入等于0.300000000000000004也会产生舍入误差0.000000000000000027755575615628913510591702705078125。打成平手的规则适用。

返回浮点转换器,0.300000000000000004的原始十六进制是3fd333333333334,以偶数结尾,因此是正确的结果。

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/

浮点舍入错误。从每个计算机科学家应该知道的浮点运算:

将无限多的实数压缩成有限位数需要近似表示。虽然有无限多的整数,但在大多数程序中,整数计算的结果可以存储在32位中。相反,给定任何固定位数,大多数使用实数的计算将产生无法使用那么多位数精确表示的量。因此,浮点计算的结果必须经常舍入,以适应其有限表示。这种舍入误差是浮点计算的特征。

正常的算术是以10为基数的,所以小数表示十分、百分等。当你试图用二进制2为基数的算术表示浮点数时,你要处理的是半、四、八等。

在硬件中,浮点存储为整数尾数和指数。尾数表示有效数字。指数类似于科学记数法,但它使用的基数是2而不是10。例如,64.0将用尾数1和指数6表示。0.125将用尾数1和指数-3表示。

浮点小数必须加上2的负幂

0.1b = 0.5d
0.01b = 0.25d
0.001b = 0.125d
0.0001b = 0.0625d
0.00001b = 0.03125d

等等

在处理浮点运算时,通常使用误差增量而不是相等运算符。而不是

if(a==b) ...

你会使用

delta = 0.0001; // or some arbitrarily small amount
if(a - b > -delta && a - b < delta) ...