Python浮点数误差与解决方法

1.例子

先放上几个程序的例子

# 浮点数
print("0.1 + 0.1 = ", 0.1 + 0.1)
print("0.1 - 0.1 = ", 0.1 - 0.1)
print("0.1 * 0.1 = ", 0.1 * 0.1)  #计算机无法精确存储0.01,存储了它的近似值。
print("0.1 / 0.1 = ", 0.1 / 0.1)
print("0.3 == 3 * 0.1\t", 0.3 == 3 * 0.1)

a = 0.2
b = 0.1
print("a + b = ", a + b)  #计算机无法精确存储0.3,存储了它的近似值。

#对大多数实数,计算机都无法精确存储。这造成误差。

## #在用计算机解决实际问题时,要考虑上述误差的积累。

运行程序,会出现以下结果

0.1 + 0.1 = 0.2 
0.1 - 0.1 = 0.0 
0.1 * 0.1 = 0.010000000000000002 
0.1 / 0.1 = 1.0 
0.3 == 3 * 0.1   False
a + b = 0.30000000000000004

可以看出第3、5、6行的异常之处,接下来就来解释一下。

2.浮点数的误差

在计算机中,存储数据使用的是二进制数。先看一下十进制小数转换位二进制小数的过程。

比如要存储十进制的小数0.1,转换成二进制小数是无限的

0.0001100110011001100110011001100110011001100110011...

在python中,浮点数有53位可用精度,因此十进制的0.1在内部存储中储存的值是二进制小数的近似替代值

0.00011001100110011001100110011001100110011001100110011010

它接近但不完全的等于0.1。

计算机取出储存,进行显示时,使用的是舍入值。

需要注意的是,这是二进制浮点的本质:这不是Python中的错误,也不是代码中的错误。您将在支持硬件浮点运算的所有语言中看到相同的类型(尽管某些语言默认情况下可能无法显示差异,或者在所有输出模式下)。

其他惊喜也来自这一点。例如,如果您尝试将值2.675舍入到两个小数位,则可以得到此值

>>> round(2.675, 2)
2.67

round()函数的作用是四舍五入。2.675保留两位小数的四舍五入约值应该是2.68.但实际输出却是2.67。

实际上2.675被二进制近似替代,它存储在内部的值为

2.67499999999999982236431605997495353221893310546875

这个存储的值四舍五入为2.67,这就是错误的根源。

查看存储在内部的值,可以使用decimal模块。该decimal模块还提供了一种很好的方法来“查看”存储在任何特定Python float中的确切值。

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

这就说明了,刚开始给出的程序中的异常之处。

对多数实数,计算机都无法精确存储。这造成误差。在用计算机解决实际问题时,要考虑上述误差的积累。

3.浮点误差的解决方法

python中的decimal模块可以解决上面的烦恼
decimal模块中,可以通过整数,字符串或原则构建decimal.Decimal对象。如果是浮点数,特别注意因为浮点数本身存在误差,需要先将浮点数转化为字符串。

>>> from decimal import Decimal
>>> from decimal import getcontext
>>> Decimal('4.20') + Decimal('2.10')
Decimal('6.30')
>>> from decimal import Decimal
>>> from decimal import getcontext
>>> x = 4.20
>>> y = 2.10
>>> z = Decimal(str(x)) + Decimal(str(y))
>>> z
Decimal('6.3')
>>> getcontext().prec = 4 #设置精度
>>> Decimal('1.00') /Decimal('3.0')
Decimal('0.3333')

当然精度提升的同时,肯定带来的是性能的损失。在对数据要求特别精确的场合(例如财务结算),这些性能的损失是值得的。但是如果是大规模的科学计算,就需要考虑运行效率了。毕竟原生的float比Decimal对象肯定是要快很多的。

4.小结

  1. Python语言用整数类型来表示数学上的整数,用浮点数类型表示数学上的实数(整数除外)。
  2. 计算机会把你心里想的十进制小数转换为二进制小数,然后在内存中存储二进制小数。
  3. 对多数实数,计算机都无法精确存储。这造成误差。在用计算机解决实际问题时,要考虑上述误差的积累。
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 213,014评论 6 492
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,796评论 3 386
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 158,484评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,830评论 1 285
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,946评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,114评论 1 292
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,182评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,927评论 0 268
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,369评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,678评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,832评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,533评论 4 335
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,166评论 3 317
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,885评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,128评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,659评论 2 362
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,738评论 2 351

推荐阅读更多精彩内容