標籤:如何 浮點 閱讀 二進位 tar 2.x expect cpp 再計算
整數除以整數
進入python互動模式之後(以後在本教程中,可能不再重複這類的敘述,只要看到>>>,就說明是在互動模式下),練習下面的運算:
>>> 2 / 50>>> 2.0 / 50.4>>> 2 / 5.00.4>>> 2.0 / 5.00.4
看到沒有?麻煩出來了(這是在python2.x中),按照數學運算,以上四個運算結果都應該是0.4。但我們看到的後三個符合,第一個居然結果是0。why?
因為,在python(嚴格說是python2.x中,python3會有所變化)裡面有一個規定,像2/5中的除法這樣,是要取整(就是去掉小數,但不是四捨五入)。2除以5,商是0(整數),餘數是2(整數)。那麼如果用這種形式:2/5,計算結果就是商那個整數。或者可以理解為:整數除以整數,結果是整數(商)。
比如:
>>> 5 / 22>>> 7 / 23>>> 8 / 24
注意:得到是商(整數),而不是得到含有小數位的結果再通過“四捨五入”取整。例如:5/2,得到的是商2,餘數1,最終5 / 2 = 2。並不是對2.5進行四捨五入。
浮點數與整數相除
這個標題和上面的標題格式不一樣,上面的標題是“整數除以整數”,如果按照風格一貫制的要求,本區段標頭應該是“浮點數除以整數”,但沒有,現在是“浮點數與整數相除”,其含義是:
假設:x除以y。其中 x 可能是整數,也可能是浮點數;y可能是整數,也可能是浮點數。
出結論之前,還是先做實驗:
>>> 9.0 / 24.5>>> 9 / 2.04.5>>> 9.0 / 2.04.5>>> 8.0 / 24.0>>> 8 / 2.04.0>>> 8.0 / 2.04.0
歸納,得到規律:不管是被除數還是除數,只要有一個數是浮點數,結果就是浮點數。所以,如果相除的結果有餘數,也不會像前面一樣了,而是要返回一個浮點數,這就跟在數學上學習的結果一樣了。
>>> 10.0 / 33.3333333333333335
這個是不是就有點搞怪了,按照數學知識,應該是3.33333...,後面是3的迴圈了。那麼你的電腦就停不下來了,滿屏都是3。為了避免這個,python武斷終結了迴圈,但是,可悲的是沒有按照“四捨五入”的原則終止。當然,還會有更奇葩的出現:
>>> 0.1 + 0.20.30000000000000004>>> 0.1 + 0.1 - 0.20.0>>> 0.1 + 0.1 + 0.1 - 0.35.551115123125783e-17>>> 0.1 + 0.1 + 0.1 - 0.20.10000000000000003
越來越糊塗了,為什麼computer姑娘在計算這麼簡單的問題上,如此糊塗了呢?不是computer姑娘糊塗,她依然冰雪聰明。原因在於十進位和二進位的轉換上,computer姑娘用的是二進位進行計算,上面的例子中,我們輸入的是十進位,她就要把十進位的數轉化為二進位,然後再計算。但是,在轉化中,浮點數轉化為二進位,就出問題了。
例如十進位的0.1,轉化為二進位是:0.0001100110011001100110011001100110011001100110011...
也就是說,轉化為二進位後,不會精確等於十進位的0.1。同時,電腦儲存的位元是有限制的,所以,就出現上述現象了。
這種問題不僅僅是python中有,所有支援浮點數運算的程式設計語言都會遇到,它不是python的bug。
明白了問題原因,怎麼解決呢?就python的浮點數運算而言,大多數機器上每次計算誤差不超過 2**53 分之一。對於大多數任務這已經足夠了,但是要在心中記住這不是十進位演算法,每個浮點數計算可能會帶來一個新的舍入錯誤。
一般情況下,只要簡單地將最終顯示的結果用“四捨五入”到所期望的十進位位元,就會得到期望的最終結果。
對於需要非常精確的情況,可以使用 decimal 模組,它實現的十進位運算適合會計方面的應用和高精度要求的應用。另外 fractions 模組支援另外一種形式的運算,它實現的運算基於有理數(因此像1/3這樣的數字可以精確地表示)。最高要求則可是使用由 SciPy提供的 Numerical Python 包和其它用於數學和統計學的包。列出這些東西,僅僅是讓看官能明白,解決問題的方式很多,後面會用這些中的某些方式解決上述問題。
關於無限迴圈小數問題,我有一個連結推薦給諸位,它不是想象的那麼簡單呀。請閱讀:維基百科的詞條:0.999...,會不會有深入體會呢?
補充一個資料,供有興趣的朋友閱讀:浮點數演算法:爭議和限制
python總會要提供多種問題的解決方案的,這是她的風格。
引用模組解決除法--啟用輪子
python之所以受人歡迎,一個很重重要的原因,就是輪子多。這是比喻啦。就好比你要跑的快,怎麼辦?光天天練習跑步是不行滴,要用輪子。找輛單車,就快了很多。還嫌不夠快,再換電瓶車,再換汽車,再換高鐵...反正你可以選擇的很多。但是,這些讓你跑的快的東西,多數不是你自己造的,是別人造好了,你來用。甚至兩條腿也是感謝父母恩賜。正是因為輪子多,可以選擇的多,就可以以各種不同速度享受了。
輪子是人類偉大的發明。
python就是這樣,有各種輪子,我們只需要用。只不過那些輪子在python裡面的名字不叫單車、汽車,叫做“模組”,有人承接別的語言的名稱,叫做“類庫”、“類”。不管叫什麼名字吧。就是別人造好的東西我們拿過來使用。
怎麼用?可以通過兩種形式用:
- 形式1:import module-name。import後面跟空格,然後是模組名稱,例如:import os
- 形式2:from module1 import module11。module1是一個大模組,裡面還有子模組module11,只想用module11,就這麼寫了。
不囉嗦了,實驗一個:
>>> from __future__ import division>>> 5 / 22.5>>> 9 / 24.5>>> 9.0 / 24.5>>> 9 / 2.04.5
注意了,引用了一個模組之後,再做除法,就不管什麼情況,都是得到浮點數的結果了。
這就是輪子的力量。
餘數
前面計算5/2的時候,商是2,餘數是1
餘數怎麼得到?在python中(其實大多數語言也都是),用%符號來取得兩個數相除的餘數.
實驗下面的操作:
>>> 5 % 21>>> 6%42>>> 5.0%21.0
符號:%,就是要得到兩個數(可以是整數,也可以是浮點數)相除的餘數。
前面說python有很多人見人愛的輪子(模組),她還有豐富的內建函數,也會幫我們做不少事情。例如函數divmod()
>>> divmod(5,2) #表示5除以2,返回了商和餘數(2, 1)>>> divmod(9,2)(4, 1)>>> divmod(5.0,2)(2.0, 1.0)
四捨五入
最後一個了,一定要堅持,今天的確有點囉嗦了。要實現四捨五入,很簡單,就是內建函數:round()
動手試試:
>>> round(1.234567,2)1.23>>> round(1.234567,3)1.235>>> round(10.0/3,4)3.3333
簡單吧。越簡單的時候,越要小心,當你遇到下面的情況,就有點懷疑了:
>>> round(1.2345,3)1.234 #應該是:1.235>>> round(2.235,2)2.23 #應該是:2.24
哈哈,我發現了python的一個bug,太激動了。
別那麼激動,如果真的是bug,這麼明顯,是輪不到我的。為什嗎?具體解釋看這裡,下面摘錄官方文檔中的一段話:
Note: The behavior of round() for floats can be surprising: for example, round(2.675, 2) gives 2.67 instead of the expected 2.68. This is not a bug: it’s a result of the fact that most decimal fractions can’t be represented exactly as a float. See Floating Point Arithmetic: Issues and Limitations for more information.
原來真的輪不到我。歸根到底還是浮點數中的十進位轉化為二進位惹的禍。
似乎除法的問題到此要結束了,其實遠遠沒有,不過,做為初學者,至此即可。還留下了很多話題,比如如何處理迴圈小數問題,我肯定不會讓有探索精神的朋友失望的,在我的github中有這樣一個輪子,如果要深入研究,可以來這裡嘗試。
2 除法囉嗦,不僅是python。