今天在數(shù)值計(jì)算時(shí)碰到一個(gè)問(wèn)題.程序如下:
          ??double a = (3.3-2.4)/0.1;
          ??System.out.println(a);
          你可能認(rèn)為結(jié)果很簡(jiǎn)單,不就是9嘛,是事實(shí)上,結(jié)果為:8.999999998,為什么呢?我翻閱了一些資料,終于找出了原因.
          為什么浮點(diǎn)數(shù)會(huì)丟失精度??
          1. 十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制表示可能不夠精確

            浮點(diǎn)數(shù)或是雙精度浮點(diǎn)數(shù)無(wú)法精確表示的情況并不少見(jiàn)。浮點(diǎn)數(shù)值沒(méi)辦法用十進(jìn)制來(lái)精確表示的原因要?dú)w咎于CPU表示浮點(diǎn)數(shù)的方法。這樣的話您就可能會(huì)犧牲一些精度,有些浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算也會(huì)引入誤差。以上面提到的情況為例,2.4的二進(jìn)制表示并非就是精確的2.4。反而最為接近的二進(jìn)制表示是 2.3999999999999999。原因在于浮點(diǎn)數(shù)由兩部分組成:指數(shù)和尾數(shù)。浮點(diǎn)數(shù)的值實(shí)際上是由一個(gè)特定的數(shù)學(xué)公式計(jì)算得到的。您所遇到的精度損失會(huì)在任何操作系統(tǒng)和編程環(huán)境中遇到。
            注意: 您可以使用Binary Coded Decimal (BCD)庫(kù)來(lái)保持精度。BCD數(shù)字編碼方法會(huì)把每一個(gè)十進(jìn)制數(shù)字位單獨(dú)編碼。?
          2. 類(lèi)型失配
            您可能混合了浮點(diǎn)數(shù)和雙精度浮點(diǎn)數(shù)類(lèi)型。請(qǐng)確定您在進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的時(shí)候所有的數(shù)據(jù)類(lèi)型全部相同。
            注意:float類(lèi)型的變量只有7位的精度,而double類(lèi)型的變量有15位的精度。

          如何進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)精度計(jì)算?????????????
          ????? Java中的簡(jiǎn)單浮點(diǎn)數(shù)類(lèi)型float和double不能夠進(jìn)行運(yùn)算。不光是Java,在其它很多編程語(yǔ)言中也有這樣的問(wèn)題。在大多數(shù)情況下,計(jì)算的結(jié)果是準(zhǔn)確的,但是多試幾次(可以做一個(gè)循環(huán))就可以試出類(lèi)似上面的錯(cuò)誤?,F(xiàn)在終于理解為什么要有BCD碼了。
          這個(gè)問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重,如果你有9.999999999999元,你的計(jì)算機(jī)是不會(huì)認(rèn)為你可以購(gòu)買(mǎi)10元的商品的。
          在有的編程語(yǔ)言中提供了專(zhuān)門(mén)的貨幣類(lèi)型來(lái)處理這種情況,但是Java沒(méi)有?,F(xiàn)在讓我們看看如何解決這個(gè)問(wèn)題。
          ?
          四舍五入
          我們的第一個(gè)反應(yīng)是做四舍五入。Math類(lèi)中的round方法不能設(shè)置保留幾位小數(shù),我們只能象這樣(保留兩位):
          public double round(double value){
          ??? return Math.round(value*100)/100.0;
          }
          非常不幸,上面的代碼并不能正常工作,給這個(gè)方法傳入4.015它將返回4.01而不是4.02,如我們?cè)谏厦婵吹降?br />4.015*100=401.49999999999994
          因此如果我們要做到精確的四舍五入,不能利用簡(jiǎn)單類(lèi)型做任何運(yùn)算
          java.text.DecimalFormat也不能解決這個(gè)問(wèn)題:
          System.out.println(new java.text.DecimalFormat("0.00").format(4.025));
          輸出是4.02
          ?
          BigDecimal
          在《Effective Java》這本書(shū)中也提到這個(gè)原則,float和double只能用來(lái)做科學(xué)計(jì)算或者是工程計(jì)算,在商業(yè)計(jì)算中我們要用java.math.BigDecimal。BigDecimal一共有4個(gè)夠造方法,我們不關(guān)心用BigInteger來(lái)夠造的那兩個(gè),那么還有兩個(gè),它們是:
          BigDecimal(double val)
          ????????? Translates a double into a BigDecimal.
          BigDecimal(String val)
          ????????? Translates the String repre sentation of a BigDecimal into a BigDecimal.
          上面的API簡(jiǎn)要描述相當(dāng)?shù)拿鞔_,而且通常情況下,上面的那一個(gè)使用起來(lái)要方便一些。我們可能想都不想就用上了,會(huì)有什么問(wèn)題呢?等到出了問(wèn)題的時(shí)候,才發(fā)現(xiàn)上面哪個(gè)夠造方法的詳細(xì)說(shuō)明中有這么一段:
          Note: the results of this constructor can be somewhat unpredictable. One might assume that new BigDecimal(.1) is exactly equal to .1, but it is actually equal to .1000000000000000055511151231257827021181583404541015625. This is so because .1 cannot be represented exactly as a double (or, for that matter, as a binary fraction of any finite length). Thus, the long value that is being passed in to the constructor is not exactly equal to .1, appearances nonwithstanding.
          The (String) constructor, on the other hand, is perfectly predictable: new BigDecimal(".1") is exactly equal to .1, as one would expect. Therefore, it is generally recommended that the (String) constructor be used in preference to this one.
          原來(lái)我們?nèi)绻枰_計(jì)算,非要用String來(lái)夠造BigDecimal不可!在《Effective Java》一書(shū)中的例子是用String來(lái)夠造BigDecimal的,但是書(shū)上卻沒(méi)有強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn),這也許是一個(gè)小小的失誤吧。
          ?
          解決方案
          現(xiàn)在我們已經(jīng)可以解決這個(gè)問(wèn)題了,原則是使用BigDecimal并且一定要用String來(lái)夠造。
          但是想像一下吧,如果我們要做一個(gè)加法運(yùn)算,需要先將兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)為String,然后夠造成BigDecimal,在其中一個(gè)上調(diào)用add方法,傳入另一個(gè)作為參數(shù),然后把運(yùn)算的結(jié)果(BigDecimal)再轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)。你能夠忍受這么煩瑣的過(guò)程嗎?下面我們提供一個(gè)工具類(lèi)Arith來(lái)簡(jiǎn)化操作。它提供以下靜態(tài)方法,包括加減乘除和四舍五入:
          public static double add(double v1,double v2)
          public static double sub(double v1,double v2)
          public static double mul(double v1,double v2)
          public static double div(double v1,double v2)
          public static double div(double v1,double v2,int scale)
          public static double round(double v,int scale)
          附錄
          源文件Arith.java:
          import java.math.BigDecimal;
          /**
          ?* 由于Java的簡(jiǎn)單類(lèi)型不能夠精確的對(duì)浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算,這個(gè)工具類(lèi)提供精
          ?* 確的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算,包括加減乘除和四舍五入。
          ?*/
          public class Arith{
          ??? //默認(rèn)除法運(yùn)算精度
          ??? private static final int DEF_DIV_SCALE = 10;
          ??? //這個(gè)類(lèi)不能實(shí)例化
          ??? private Arith(){
          ??? }
          ?
          ??? /**
          ???? * 提供精確的加法運(yùn)算。
          ???? * @param v1 被加數(shù)
          ???? * @param v2 加數(shù)
          ???? * @return 兩個(gè)參數(shù)的和
          ???? */
          ??? public static double add(double v1,double v2){
          ??????? BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
          ??????? BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
          ??????? return b1.add(b2).doubleValue();
          ??? }
          ??? /**
          ???? * 提供精確的減法運(yùn)算。
          ???? * @param v1 被減數(shù)
          ???? * @param v2 減數(shù)
          ???? * @return 兩個(gè)參數(shù)的差
          ???? */
          ??? public static double sub(double v1,double v2){
          ??????? BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
          ??????? BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
          ??????? return b1.subtract(b2).doubleValue();
          ??? }
          ??? /**
          ???? * 提供精確的乘法運(yùn)算。
          ???? * @param v1 被乘數(shù)
          ???? * @param v2 乘數(shù)
          ???? * @return 兩個(gè)參數(shù)的積
          ???? */
          ??? public static double mul(double v1,double v2){
          ??????? BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
          ??????? BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
          ??????? return b1.multiply(b2).doubleValue();
          ??? }
          ?
          ??? /**
          ???? * 提供(相對(duì))精確的除法運(yùn)算,當(dāng)發(fā)生除不盡的情況時(shí),精確到
          ???? * 小數(shù)點(diǎn)以后10位,以后的數(shù)字四舍五入。
          ???? * @param v1 被除數(shù)
          ???? * @param v2 除數(shù)
          ???? * @return 兩個(gè)參數(shù)的商
          ???? */
          ??? public static double div(double v1,double v2){
          ??????? return div(v1,v2,DEF_DIV_SCALE);
          ??? }
          ?
          ??? /**
          ???? * 提供(相對(duì))精確的除法運(yùn)算。當(dāng)發(fā)生除不盡的情況時(shí),由scale參數(shù)指
          ???? * 定精度,以后的數(shù)字四舍五入。
          ???? * @param v1 被除數(shù)
          ???? * @param v2 除數(shù)
          ???? * @param scale 表示表示需要精確到小數(shù)點(diǎn)以后幾位。
          ???? * @return 兩個(gè)參數(shù)的商
          ???? */
          ??? public static double div(double v1,double v2,int scale){
          ??????? if(scale<0){
          ??????????? throw new IllegalArgumentException(
          ??????????????? "The scale must be a positive integer or zero");
          ??????? }
          ??????? BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
          ??????? BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
          ??????? return b1.divide(b2,scale,BigDecimal.ROUND_HALF_UP).doubleValue();
          ??? }
          ?
          ??? /**
          ???? * 提供精確的小數(shù)位四舍五入處理。
          ???? * @param v 需要四舍五入的數(shù)字
          ???? * @param scale 小數(shù)點(diǎn)后保留幾位
          ???? * @return 四舍五入后的結(jié)果
          ???? */
          ??? public static double round(double v,int scale){
          ??????? if(scale<0){
          ??????????? throw new IllegalArgumentException(
          ??????????????? "The scale must be a positive integer or zero");
          ??????? }
          ??????? BigDecimal b = new BigDecimal(Double.toString(v));
          ??????? BigDecimal one = new BigDecimal("1");
          ??????? return b.divide(one,scale,BigDecimal.ROUND_HALF_UP).doubleValue();
          ??? }
          };

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          # re: java中浮點(diǎn)數(shù)的計(jì)算  回復(fù)  更多評(píng)論   

          2006-09-01 17:17 by 永遠(yuǎn)的helloworld
          用四舍五入還可以這樣:
          public double round(double value){
          double diff = 1E-10;
          return Math.round(value*100+diff)/100.0;
          }

          另外,想請(qǐng)教一下,為什么下面的輸出不同?
          System.out.println(3.3-2.4);//輸出0.8999999999999999
          double c = 0.9;
          System.out.println(c);//輸出0.9

          # re: java中浮點(diǎn)數(shù)的計(jì)算  回復(fù)  更多評(píng)論   

          2006-09-01 17:19 by 永遠(yuǎn)的helloworld
          就是說(shuō),如果“以上面提到的情況為例,2.4的二進(jìn)制表示并非就是精確的2.4。反而最為接近的二進(jìn)制表示是 2.3999999999999999?!?

          那么下面的輸出是為什么?
          double d = 2.4;
          System.out.println(d);//輸出2.4,卻不是2.3999999999999999呢?

          # re: java中浮點(diǎn)數(shù)的計(jì)算  回復(fù)  更多評(píng)論   

          2006-09-04 13:14 by 曹青松
          翻閱了一些資料,當(dāng)單個(gè)輸出double 型值時(shí),可以正確的用 十進(jìn)制顯示,具體為什么,俺也似懂非懂,但進(jìn)行浮點(diǎn)計(jì)算,浮點(diǎn)計(jì)算是指浮點(diǎn)數(shù)參與的運(yùn)算,這種運(yùn)算通常伴隨著因?yàn)闊o(wú)法精確表示而進(jìn)行的近似或舍入。這點(diǎn)解釋,希望能給你有所幫助

          # re: java中浮點(diǎn)數(shù)的計(jì)算  回復(fù)  更多評(píng)論   

          2006-09-04 20:03 by 永遠(yuǎn)的helloworld
          多謝!!

          又看了一下Double的代碼,也許和Double.toString方法的
          FloatingDecimal(d).toJavaFormatString()有關(guān)系
          猜測(cè)大概是2.3999999999999999超出了輸出的精度所以被截取的原因吧

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