Chudnovsky算法非常快如果你不介意做一个平方根和几个逆运算的话。它在2次迭代中收敛到两倍精度。

/*
    Chudnovsky algorithm for computing PI
*/

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;

double calc_PI(int K=2) {

    static const int A = 545140134;
    static const int B = 13591409;
    static const int D = 640320;

    const double ID3 = 1./ (double(D)*double(D)*double(D));

    double sum = 0.;
    double b   = sqrt(ID3);
    long long int p = 1;
    long long int a = B;

    sum += double(p) * double(a)* b;

    // 2 iterations enough for double convergence
    for (int k=1; k<K; ++k) {
        // A*k + B
        a += A;
        // update denominator
        b *= ID3;
        // p = (-1)^k 6k! / 3k! k!^3
        p *= (6*k)*(6*k-1)*(6*k-2)*(6*k-3)*(6*k-4)*(6*k-5);
        p /= (3*k)*(3*k-1)*(3*k-2) * k*k*k;
        p = -p;

        sum += double(p) * double(a)* b;
    }

    return 1./(12*sum);
}

int main() {

    cout.precision(16);
    cout.setf(ios::fixed);

    for (int k=1; k<=5; ++k) cout << "k = " << k << "   PI = " << calc_PI(k) << endl;

    return 0;
}

结果:

k = 1   PI = 3.1415926535897341
k = 2   PI = 3.1415926535897931
k = 3   PI = 3.1415926535897931
k = 4   PI = 3.1415926535897931
k = 5   PI = 3.1415926535897931

我总是使用acos(-1)，而不是将π定义为常数。

实际上，有一本书专门介绍了π的快速计算方法:Jonathan和Peter Borwein写的《π和AGM》(在亚马逊上可以买到)。

我对年度股东大会和相关算法进行了相当多的研究:这非常有趣(尽管有时并非微不足道)。

请注意，要实现大多数现代算法来计算\pi，您将需要一个多精度算术库(GMP是一个很好的选择，尽管距离我上次使用它已经有一段时间了)。

最佳算法的时间复杂度为O(M(n)log(n))，其中M(n)是使用基于fft算法对两个n位整数(M(n)=O(n log(n) log(log(n)))相乘的时间复杂度，通常在计算\pi数字时需要fft算法，GMP中实现了该算法。

请注意，即使算法背后的数学可能并不简单，算法本身通常是几行伪代码，它们的实现通常非常简单(如果您选择不编写自己的多精度算术:-))。

下面是我在高中时学过的计算圆周率的技巧。

我之所以分享它，是因为我认为它足够简单，任何人都可以无限期地记住它，而且它教会了你“蒙特卡罗”方法的概念——这是一种统计方法，可以得到答案，这些答案不会立即通过随机过程演绎出来。

画一个正方形，在这个正方形内画一个象限(半圆的四分之一)(一个半径等于正方形边的象限，这样它就能尽可能多地填充正方形)

现在向正方形投掷飞镖，并记录飞镖落在何处——也就是说，在正方形内任意选择一个点。当然，它落在了正方形内部，但它落在半圆内部吗?记录这个事实。

重复此过程多次，你会发现半圆内的点数量与抛出的总数量之比为x。

由于正方形的面积是r乘以r，可以推导出半圆的面积是x乘以r乘以r(即x乘以r的平方)。因此x乘以4会得到。

这不是一个快速使用的方法。但这是蒙特卡罗方法的一个很好的例子。如果你环顾四周，你可能会发现许多超出你计算能力的问题都可以用这种方法来解决。

在编译时用D计算PI。

(摘自DSource.org)

/** Calculate pi at compile time
 *
 * Compile with dmd -c pi.d
 */
module calcpi;

import meta.math;
import meta.conv;

/** real evaluateSeries!(real x, real metafunction!(real y, int n) term)
 *
 * Evaluate a power series at compile time.
 *
 * Given a metafunction of the form
 *  real term!(real y, int n),
 * which gives the nth term of a convergent series at the point y
 * (where the first term is n==1), and a real number x,
 * this metafunction calculates the infinite sum at the point x
 * by adding terms until the sum doesn't change any more.
 */
template evaluateSeries(real x, alias term, int n=1, real sumsofar=0.0)
{
  static if (n>1 && sumsofar == sumsofar + term!(x, n+1)) {
     const real evaluateSeries = sumsofar;
  } else {
     const real evaluateSeries = evaluateSeries!(x, term, n+1, sumsofar + term!(x, n));
  }
}

/*** Calculate atan(x) at compile time.
 *
 * Uses the Maclaurin formula
 *  atan(z) = z - z^3/3 + Z^5/5 - Z^7/7 + ...
 */
template atan(real z)
{
    const real atan = evaluateSeries!(z, atanTerm);
}

template atanTerm(real x, int n)
{
    const real atanTerm =  (n & 1 ? 1 : -1) * pow!(x, 2*n-1)/(2*n-1);
}

/// Machin's formula for pi
/// pi/4 = 4 atan(1/5) - atan(1/239).
pragma(msg, "PI = " ~ fcvt!(4.0 * (4*atan!(1/5.0) - atan!(1/239.0))) );

为了完整起见，一个c++模板版本，对于一个优化的构建，它将在编译时计算PI的近似值，并将内联到单个值。

#include <iostream>

template<int I>
struct sign
{
    enum {value = (I % 2) == 0 ? 1 : -1};
};

template<int I, int J>
struct pi_calc
{
    inline static double value ()
    {
        return (pi_calc<I-1, J>::value () + pi_calc<I-1, J+1>::value ()) / 2.0;
    }
};

template<int J>
struct pi_calc<0, J>
{
    inline static double value ()
    {
        return (sign<J>::value * 4.0) / (2.0 * J + 1.0) + pi_calc<0, J-1>::value ();
    }
};


template<>
struct pi_calc<0, 0>
{
    inline static double value ()
    {
        return 4.0;
    }
};

template<int I>
struct pi
{
    inline static double value ()
    {
        return pi_calc<I, I>::value ();
    }
};

int main ()
{
    std::cout.precision (12);

    const double pi_value = pi<10>::value ();

    std::cout << "pi ~ " << pi_value << std::endl;

    return 0;
}

注意，对于I > 10，优化构建可能会很慢，对于非优化运行也是如此。对于12次迭代，我相信大约有80k次调用value()(在没有内存的情况下)。