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【编程之美】2.6精确表达浮点数

2024/3/10 11:01:43发布20次查看
【问题描述】: 在计算机中,使用float或者double来存储小数是不能得到精确的。如果你希望得到精确计算结果,最好是用分数形式来表示小数。有限小数或者无限循环小数都可以转化为分数。比如: 0.9 = 9/10 0.333(3)= 1/3(括号中的数字表示是循环节) 当然
【问题描述】:
       在计算机中,使用float或者double来存储小数是不能得到精确值的。如果你希望得到精确计算结果,最好是用分数形式来表示小数。有限小数或者无限循环小数都可以转化为分数。比如:
0.9 = 9/10
0.333(3)= 1/3(括号中的数字表示是循环节)
当然一个小数可以用好几种分数形式来表示。如:
0.333(3)= 1/3 = 3/9
       给定一个有限小数或者无限循环小数,你能否以分母最小的分数形式来返回这个小数呢?如果输入为循环小数,循环节用括号标记出来。下面是一些可能的输入数据,如0.3、0.30、0.3(000)、0.3333(3333)、……
解法:
        拿到这样一个问题,我们往往会从最简单的情况入手,因为所有的小数都可以分解成一个整数和一个纯小数之和,不妨只考虑大于0,小于1的纯小数,且暂时不考虑分子和分母的约分,先设法将其表示为分数形式,然后再进行约分。题目中输入的小数,要么为有限小数x=0.a1a2…an,要么为无限循环小数x=0.a1a2…an(b1b2…bm),x表示式中的字母a1a2…an,b1b2…bm都是0~9的数字,括号部分(b1b2…bm)表示循环节,我们需要处理的就是以上两种情况。
        对于有限小数x=0.a1a2…an来说,这个问题比较简单,x就等于(a1a2…an)/10n。
       对于无限循环小数x=0.a1a2…an(b1b2…bm)来说,其复杂部分在于小数点后同时有非循环部分和循环部分,我们可以做如下的转换:
x= 0.a1a2…an(b1b2…bm)
10n* x= a1a2…an.(b1b2…bm)
10n* x= a1a2…an+0.(b1b2…bm)
x =(a1a2…an+0.(b1b2…bm))/10n
        对于整数部分a1a2…an,不需要做额外处理,只需要把小数部分转化为分数形式再加上这个整数即可。对于后面的无限循环部分,可以采用如下方式进行处理:
令y=0. b1b2…bm,那么
10m *y=b1b2…bm.(b1b2…bm)
10m *y=b1b2…bm+0.(b1b2…bm)
10m *y-y=b1b2…bm
y= b1b2…bm/(10m-1)
将y代入前面的x的等式可得:
x=(a1a2…an+y)/10n
=(a1a2…an+ b1b2…bm/(10m-1))/10n
=((a1a2…an)*(10m-1)+(b1b2…bm))/((10m-1)*10n)
         至此,便可以得到任意一个有限小数或无限循环小数的分数表示,但是此时分母未必是最简的,接下来的任务就是让分母最小,即对分子和分母进行约分,这个相对比较简单。对于任意一个分数a/b,可以简化为(a/gcd(a,b))/(b/gcd(a,b)),其中gcd函数为求a和b的最大公约数,这就涉及本书中的算法(2.7节“最大公约数问题”),其中有很巧妙的解法,请读者阅读具体的章节,这里就不再赘述。
         综上所述,先求得小数的分数表示方式,再对其分子分母进行约分,便能够得到分母最小的分数表现形式。
例如,对于小数0.3(33),根据上述方法,可以转化为分数:
0.3(33)
=(3 *(102-1)+ 33)/((102-1)*10)
=(3*99+33)/990
= 1 / 3
对于小数0. 285714(285714),我们也可以算出:
0. 285714(285714)
= (285714 *(106-1)+ 285714)/ ((106-1)*106)
= (285714*999999 +285714)/ 999999000000
= 285714 / 999999
= 2/7
以下给出代码,简单实现:
void cal(char* str){ char *p=str; char *q=str,*q1=str;//q和q1分别存储(和)的指针 while(*p!='\0') { if(*p=='(') { q=p; } if(*p==')') { q1=p; } p++; } if(q==q1) { cout
为了更完善,分两种情况:
1、对于小数的情况,不用定义数组形式:
#include using namespace std;long long gcd(long long a, long long b){ if (a >1,b>>1) a >>= 1; b >>= 1; k++; } else // a为偶数,b为奇数,f(a,b)=f(a>>1,b) a >>= 1; } else { if ((b&1) == 0) // a为奇数,b为偶数,f(a,b)=f(a,b>>1) b >>= 1; else // a,b均是奇数,f(a,b)=f(a-b,b) a = a-b; } if (a
2、用于大整数,定义了大整数类型,以及对应的加减乘除、比较移位运算
#include #include #include using namespace std;// 大整数类型#define maxlen 1000struct hp {int len, s[maxlen];};void printhp(hp x) { for (int i=x.len; i>=1; i--) cout 1 && !c.s[c.len]) c.len--;}// 大整数的比较int hpcompare(const hp &x, const hp &y){ if (x.len > y.len) return 1; if (x.len 1 && (x.s[i]==y.s[i])) i--; return x.s[i] - y.s[i];}// 大整数的乘法void multi(const hp a, const hp b, hp &c){ int i, j; // 对乘法结果赋初值,以方便之后的+=运算 c.len = a.len + b.len; for (i=1; i1 && !c.s[i]) i--; c.len = i;}// 大整数的除法void divide(const hp a, const hp b, hp &c, hp &d){ int i, j; // 用余数d存被除数a的前i位数据,用来多次减去除数b,以得到商c d.len = 1; d.s[1] = 0; for (i=a.len; i>0; i--) { if (!(d.len == 1 && d.s[1] == 0)) { // i没移一位,余数d也移位 for (j=d.len; j>0; j--) d.s[j+1] = d.s[j]; d.len++; } d.s[1] = a.s[i]; c.s[i] = 0; // 余数d大于除数b时,才可以进行减操作 while ((j=hpcompare(d,b)) >= 0) { subtract(d, b, d); c.s[i]++; if (j == 0) break; } } c.len = a.len; while (c.len > 1 && c.s[c.len] == 0) c.len--;}// 十进位右移void rightshift(hp &x, int k){ for (int i=1; i=1; i--) x.s[i+k] = x.s[i]; for (i=k; i>=1; i--) x.s[i] = 0; x.len += k;}// 求大整数的最大公约数void gcd(hp a, hp b, hp &c){ if (b.len == 1 && b.s[1] == 0) { c.len = a.len; memcpy(c.s, a.s, (a.len+1)*sizeof(int)); } else { hp m, n; divide(a, b, m, n); gcd(b, n, c); }}int main(){ string str; string strc, stra, strb; cin >> str; int posc = str.find('.'); int posa = str.find('('); int posb = str.find(')'); strc = str.substr(0, posc); if (posc = 0) { strb = str.substr(posa+1, posb-posa-1); // 循环部分 str2hp(strb.c_str(), b); hp m = tmp; leftshift(m, strb.size()); subtract(m, tmp, m); // 乘以10^(|b|-1) multi(up, m, up); plus(up, b, up); multi(down, m, down); } // 求分子分母的最大公约数 gcd(down, up, tmp); hp h; divide(down, tmp, down, h); divide(up, tmp, up, h); printhp(up); cout

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