Python 的 Decimal的错误计算

摘要 阐述在使用 Python的 Decimal类时,可能产生的错误计算。

在 详述 BigDecimal 的错误计算 中,笔者较为详细地说明了 Java的 BigDecimal可能出错的原因。类似地,Python的 decimal模块中有个 Decimal类,也可用于高精度的十进制运算,并且能够避免由于浮点数表示不精确带来的精度问题。但是,相仿地,由于有一些参数要设置,所以亦会出现参数不同结果不一致现象。

例1. 不妨重新讨论 计算机的错误计算(一百七十七)中多项式(稍作修改:将小数部分去掉,变成整数)。

已知

计算

代码如下:

python 复制代码
from decimal import Decimal, getcontext
base = Decimal(234) # 定义基数
terms = [ # 计算每一项
    Decimal(134450) * base ** 12,
    Decimal(-31470000) * base ** 11,
    Decimal(2030000) * base ** 10,
    Decimal(1350000) * base ** 9,
    Decimal(1680000) * base ** 8,
    Decimal(1120000) * base ** 7,
    Decimal(748000) * base ** 6,
    Decimal(187000) * base ** 5,
    Decimal(46800) * base ** 4,
    Decimal(-140) * base ** 2,
    Decimal(7666044)]
print(sum(terms)) # 计算总和,输出结果

这时,输出为 1381004:

然而,准确值是 204 . 因此,代码输出的是错误结果。

例2. 用 Python的 Decimal编程计算

代码如下(来源于一大模型):

python 复制代码
from decimal import Decimal, getcontext

getcontext().prec = 50 # 设置精度,这里设置为50位小数

base = Decimal('23.67') # 定义数值
exponent = Decimal('65.5')

part1 = base ** exponent # 计算 23.67^65.5

part2 = (exponent * base.ln()).exp() # 计算 exp(65.5 * ln(23.67))

result = part1 - part2 # 计算差值

print(result)

运行后,输出为 -1E+41(显然是错误结果。正确值是0):

另外,getcontext().prec 不同,那么输出也不同。

点评:

(1)例1可以通过提高精度获得正确结果。

(2)例2不行。

(3)对于例1,虽然可以通过提高精度获得正确值,但是,用户不确定究竟 getcontext().prec 设为多少。只能是通过实验进行猜测。正像有学者评价数学软件一样:"The multiprecision ... in Mathematica and Maple is not very useful ..., because the working precision must be specified by the user and this naturally implies some guess work"1。

(4)getcontext().prec 的默认值是28 . 因此,例1中所有运算的结果应该是保留28位十进制有效数字。

参考文献

1 Cuyt A, Verdonk B, Becuwe S, et al. A remarkable example of catastrophic cancellation unraveled. Computing, 2001, 66: 309--320

相关推荐
2601_967980111 小时前
深入理解词向量算法及其在Python中的实践
python·word2vec·glove·fasttext·词向量
129Lab1 小时前
电池循环测试数据自动化分析:用Python+AI工具构建一键式寿命评估流水线
python·数据分析·电池测试·数据自动化·寿命评估
treasure1401 小时前
【复古】浅尝Django前后端不分离
前端·css·python·django·bootstrap·html·web
Dmz丶2 小时前
前端转 AI 100 天 Day 44:前端集成实战——用 React 给 Agent 做个正式界面
python
jay神2 小时前
基于 YOLOv8 的手势识别系统(Web 版)
前端·人工智能·python·深度学习·yolo·计算机视觉·计算机毕业设计
DeepVisionary3 小时前
阿里云上线旗舰多模态新模型,不公布跑分且限时14天退役
python·自动化
东莞市云毅网络有限公司3 小时前
FAQ 覆盖度打分:TF-IDF 与向量嵌入双路召回的 Python 实现
python·数据清洗·rag·企业知识库·文档解析
爱笑的k113 小时前
nano-vllm 源码剖析:千行 Python 手写离线推理引擎的调度、显存与并行时序
开发语言·python·vllm
用户8356290780514 小时前
使用 Python 控制 Excel 工作表的分页位置
后端·python
用户8356290780514 小时前
Python 如何在 Word 中添加和管理文档变量
后端·python