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01
起因
先来看一段代码
这段代码的作用是获取用户输入的小数和期望保留的位数,并进行计算,最终输出计算结果。如输入圆周率的前七位——3.1415,保留小数点后3位,运算过程应该是这样的:3.1415*10的3次方,得到3141.5,进行四舍五入后得到3142,再除以10的三次方,最终得到的结果是应该是3.142,这个结果符合我们人工计算的结果,程序逻辑也没有问题。
那么来看一下程序运行结果
最终变量result的值为3.142,符合预期,看起来,只要用户正常输入,这段程序应该是可以正常运行的。
那么换一个数字再来试试看,比如0.145,保留2位,人工计算答案是0.15没错吧?将这个数代入程序中看看?0.145*10的2次方,等于14.5,四舍五入得到15,再将15除以10的2次方,得到0.15,程序运行的结果应该也是符合人工计算的答案的。
来看一下实际运行结果吧
结果竟然是0.14,而不是预期的0.15,程序竟然出错了,这是怎么回事呢?无论检查多少遍程序,似乎都是没有问题的,那么,问题到底出在哪里呢?
02
经过
在对程序进行逐步测试、拆分、简化后,最终定位到问题所在
0.145*100=14.4999999……,没错,运算结果丢失了0.00……2.在对这个结果进行四舍五入之后得到的结果是14,而不是原本的15,最终0.00……2的精度丢失导致结果谬之千里。
再来看看其他的运算是否有这样情况
可能你会想,不就是多了0.00……4吗?造成的影响也不会太大,那么来看看下面的试验
震惊!在Scratch3.0中,0.1+0.2居然不等于0.3!
一点小小的精度丢失最后居然造成了本应该是“true“,但却是”false”这一天壤之别的结果,这足以引起每一个Scratcher的重视。
这难道又是Scratch3.0的一宗“罪”?
于是,在Scratch2.0中也做了同样的测试
结果依旧令人震惊,这难道是Scratch的通病?
于是在谷歌浏览器的开发者控制台中进行测试
JavaScript中也出现了同样的问题。
03
结果
其实,这是一个典型的浮点误差。这个现象不仅会在Scratch、JavaScript中出现,只要是采用IEEE(电气和电子工程师协会)754 浮点储存格式标准的语言,都会出现这样的问题,不同的语言会有不同的处理方式。至于问题出现的原因,应该归咎于两个环节:转换和储存。
转换
在计算机的计算中,只能存储和处理二进制数据,就是1和0。在计算时,首先要把十进制的数值转换为二进制,交给计算机处理,最后再把二进制的结果转换为十进制,显示到用户界面中。而在这个过程中,如果是十进制的小数转换成二进制,会是一个无限循环的小数。如十进制的0.9虽然只有一位小数,转成2进制是无限循环小数0.1110011001100110011…其实在十进制的0.1至0.9间的所有一位小数中,只有0.5能被完整地转换为二进制——0.1。
储存
计算机储存浮点数的精度有限,例如float可以保留十进制最多7位(二进制23位)有效数字,double 可以保留十进制15~16位(二进制52位)有效数字。那有效数字以后的小数就被忽略了。
附
下面讲述使用IEEE754标准表示浮点数:
176.0625表示为单精度浮点数:
解:
1).先将176.0625转换为二进制数
小数点前:176 / 2 = 88 余数为 0
88 / 2=44 余数为 0
44 / 2 =22 余数为 0
22 / 2= 11 余数为 0
11 / 2 =5 余数为 1
5 / 2=2 余数为 1
2/ 2 =1 余数为 0
1/ 2=0 余数为 1 商为0,结束。
小数点前整数转换为二进制:10110000
小数点后:小数部分乘以2,取整数部分,直至乘积小数部分为0
0.0625 * 2 = 0.125 整数为0
0.125 * 2 = 0.25 整数为0
0.25* 2 = 0.50 整数为0
0.5* 2 = 1.0 整数为1,小数部分为0,结束
小数点后的小数位转换为二进制:0001
故176.0625转换为二进制为:10110000.0001
转自公众号:
Scratch格物堂