浮點數的比較(二)

2021-03-31 11:10:53 字數 1833 閱讀 3847

在寫了上篇 浮點數的比較 以及 浮點數記憶體結構 兩篇文章後

對於浮點數的比較有新的想法

我們先看正數的情況

根據ieee的記憶體結構, 指數在高位,尾數在低位

浮點數大的對應的把其記憶體結構按照整數來理解進行比較的時候,情況也是成立的

因此在這裡如果把他們進行比較的話,作為整數運算效率會非常的高,比如

float f1 = 1.23;

float f2 = 1.24

f1 > f2 成立

(int&)f1 > (int&)f2 也是成立的

而且,仔細研究ieee的浮點結構,可以發現在《浮點數比較》當中提到的浮點數精度的問題——不是所有的浮點數都可以精確的表達

可以精確表達的浮點數實際上是有限的,就是那些ieee的各種情況的列舉了 2^32個。不能表達的佔據了大多數

ieee在32位的情況下,尾數是23位的(暗含了第乙個位數是1)

對於可以精確表達的浮點數來說,如果我們把這23位當作整數來理解, 它加1,就意味著可以找到比當前對應浮點數大的最小的浮點數了

反之,我們把兩個浮點數,對應的整數做差值運算,得到的整數表明的是兩個浮點數之間有多少個實際可以表達的浮點數(對應的指數相同的情況下很好理解;指數不同的時候,也是同樣有效的)

這樣,對於兩個正的浮點數,他們的大小比較就可以用 (int&)f1 - (int&)f2 來進行比較了

差值的結果實際上就應該是相對誤差了

這個相對誤差,不等同於普遍意義上的相對誤差

它所表達的是,兩個浮點數之間可能還有多少個可以精確表達的浮點數

這樣通過指定這個閾值來控制兩個浮點數的比較就更有效了

對於兩個正的浮點數

bool isequal(float f1, float f2, int absdelta)

這裡用abs而不是fabs這在a**上面的運算差距也是很大的了

對於兩個負數進行比較的情況也是相同的

只不過負數記憶體對應的整數加1,相應的找到的是更小的負數而已

但是負數和整數之間現在還不能進行直接的比較,因為根據ieee的記憶體結構

正數和負數是不同的,對應的整數不能連續

正的最小的數就是0了,對應的整數也是0x00000000

負的最小的數就是-0,對應的整數則是0x 80000000

不用奇怪-0

在ieee的表達當中是有兩個0的,乙個是 +0  乙個是-0

有趣的是,按照 f1 == f2 的判斷  +0和-0是相等的

通過對比我們可以發現,

+0 和正的浮點數可以按照轉換成為整數的方式直接進行比較

-0 和負的浮點數可以按照轉換成為整數的方式直接進行比較

如果我們能夠把他們連線起來,整個整數方式的直接比較就完備了

對比一下負數的結構, 可以找到乙個簡單的辦法了:

把負數記憶體對應的整數減去 -0 ,他們就連續了

而且更好的結果是,所有的負數經過這次減法後,對應的整數也都是負數了

這樣整個整數比較就變得連續了,而且在整個浮點數範圍內都是有效的了

最後的比較演算法就是:

//  函式:   bool isequal(float f1, float f2, int absdelta)

//  功能:把比較兩個浮點數是否近似相同

//  輸入:f1, f2參與比較的兩個浮點數

//               absdelta 兩個浮點數之間允許有多少個其他可以精確表達的浮點數存在,相當於相對誤差

//  輸出:   true,兩個浮點數進行相等; false 兩個浮點數不等

//  注意:僅僅適合ieee 32位浮點數結構

bool isequal(float f1, float f2, int absdelta)

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