银行家舍入法

一句话介绍

四舍六入五考虑,五后非零就进一,五后为零看奇偶,五前为偶应舍去,五前为奇要进一。

疑问

一直以为 JavaScripttoFixed() 是四舍五入的,但今天却惊讶地发现:它并不是一直都会四舍五入的

1.35.toFixed(1) // 1.4
1.45.toFixed(1) // 1.4

为什么对于相同的尾数5的舍入,结果却不同呢?
因为 toFixed() 使用的是“银行家舍入法”

银行家舍入法是由 IEEE 754 标准规定的浮点数取整算法,大部分的编程软件都使用这种方法。

当舍去位的数值:

  • 小于等于4,直接舍去该位
  • 大于等于6,向前位进一
  • 等于5
    • 5后有数,向前位进一
    • 5后全0
      • 5前位数值为奇,则向前位进一(将前位凑成偶)
      • 5前位数值为偶,则直接舍去该位

场景

我们知道银行的盈利渠道主要是利息差,从储户手里收拢资金,然后放贷出去,其间的利息差额便是所获得的利润。对一个银行来说,对付给储户的利息的计算非常频繁。

假如我们使用四舍五入法,且假设银行收到的钱中,要舍入的那位数在0~9是等概率的,那么假设银行分别收到了 0.000, 0.001, ..., 0.009 元,然后通过四舍五入法,银行能够得到五个 0.000 和五个 1.000,也许在概率上看起来是公平的,但是:

以银行家的身份来思考这个算法:
  • (1)四舍:舍弃的数值:0.000、0.001、0.002、0.003、0.004,因为是舍弃,对银行家来说,就是不用付款给储户的,那每舍弃一个数字就会赚取相应的金额:0.000、0.001、0.002、0.003、0.004。

  • (2)五入:进位的数值:0.005、0.006、0.007、0.008、0.009,因为是进位,对银行家来说,每进一位就会多付款给储户,也就是亏损了,那亏损部分就是其对应的10进制补数:0.005、0.004、0.003、0.002、0.001

因为舍弃和进位的数字是在0到9之间均匀分布的,所以对于银行家来说,每10笔存款的利息因采用四舍五入而获得的盈利是:
0.000 + 0.001 + 0.002 + 0.003 + 0.004 - 0.005 - 0.004 - 0.003 - 0.002 - 0.001 = -0.005
也就是说,每10笔的利息计算中就亏损0.005元,即每笔利息计算损失0.0005元

问题:为什么银行家舍入是合理的?

  • 四舍六入本身没问题,5前偶舍奇进也没问题,关键在为什么5后有非0数要进位?
  • 遇5舍弃的情况只有一种,即5是最后一位有效的数字且前一位数是偶数
  • 当数值精度达到5后一位,其为0的概率为1/10,5前为偶数的概率是1/2,所以舍5的概率是1/10 * 1/2 = 1/20,而进5的概率是19/20
  • 当数值精度越大,舍5个概率就越低,无限趋近于0,也就是说,当数值精度越高,该算法越像“四舍五入”
  • 那么,为什么这个算法是合理的呢?
  • 现实情况就是数值的精度不可能无限大,存款利息率一般为百分之零点几,而数值精度一般4位,5后存在非0数的概率相对较小,所以趋近于1/2舍5,1/2进5

后记

说是 toFixed() 使用的银行家舍入法所以表现起来不是四舍五入,但是在 Chrome 浏览器的实测中,我注意到它也并不一定都符合银行家舍入法:

0.45.toFixed(1) // 0.5 而不是0.4
1.45.toFixed(1) // 1.4

个人认为,这可能是由于浮点数存储精度问题导致的(未查阅资料证实)。

比如这里的 0.45其实类似于0.4500000002,存在一点点尾数,所以进行了舍入变为0.5。

有人认为因此在严肃的情况下不应使用 toFixed(),不过我个人倒是认为误差是随机的,所以从概率而言最后得到的结果还是公平的。

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