感觉 double 精度不够用啊
这几天程序有一个 bug ,查出来是计算一个三角形面积,理论上应该是负数,但是函数算出来是正数,百思不得其解。后来把计算面积公式里的 double 换成了 doubledouble 类,把精度加倍,结果就正确了。寻思坐标也不是什么很大的值,怎么 double 就当场挂掉了呢?=========测试代码如下:double buf[6];buf[02+0] = 830776.16442871094; buf[02+1] = 430600.56744384766;buf[12+0] = 830776.37707519531; buf[12+1] = 430600.68286132813;buf[22+0] = 830776.16430664063; buf[22+1] = 430600.56732177734;int numvertex = 3;double area = 0.0;for (int p=numvertex-1,q=0; q<numvertex; p=q++){ double a1 = buf[p2+0] buf[q2+1]; double a2 = buf[q2+0] buf[p2+1]; area += a1 - a2;}最终 area 结果如果是 double ,那么值是 0.0000610 (错误)如果是 doubledouble ,那么值是-0.0000118 (正确)看起来是计算误差问题,但结果一个正,另一个负,足以把程序逻辑搞得天翻地覆。
可能你需要把工时修改下,尽量减少 值相近的数相减,做很小的数的除法
浮点数能表示的数在大值上是比较稀疏的, 分布在 0 附近的更集中.你这两个 double 相乘结果更大了, 所以误差会更大也好解释.你可以试试把大值规整变小再算下, 比如坐标平移到 0 附近, 结果会更准确.
我试了一下把坐标偏移到(0,0),对这个例子似乎可行。但总觉得治标不治本,这种精度不够就和地雷差不多,随时会炸。
用高斯面积公式或海伦公式试试,同时可以把坐标值进行归一化,映射到一个较小的范围内,这样计算的时候可能会降低一些舍入误差
如果你需要超高精度的浮点计算,推荐使用专门的超高精度的库。比如 java 里面的 BigDecimal 类。
超高精度的库,内部实现,其实就是以字符来存储每一位十进制数位。然后自己实现一套加减乘除等算法。因为计算机的二进制是没办法精确表达十进制浮点数的。
用高精度类是可以,我就是直觉上认为坐标不算极大数,也不算极小数,用 double 应该能搞定,没想到精度会渗出。被 double 偷袭了一次,大意了。
同楼上,c/c++可以使用 GMP Library
这东西不能看绝对精度,要看相对精度。你这问题相对精度的量级是 0.0000610/(830776.16442871094*430600.56744384766),太高了。
0.0000610/(830776.16442871094*430600.56744384766)=1.705 182 951 × 10^(−16),对应倒数在 2^52 跟 2^53 之间,double 的有效位数刚好 2^52 位。
错了...应当是-0.0000118/(830776.16442871094*430600.56744384766)=3.298 552 355 × 10^(−17),对应精度 54 位半。
建议除了 整形(加减乘余) 计算外的所有涉及到小数计算的都用高精度库来处理
感觉代码的逻辑挺奇怪的, 海伦公式求三角面积需要三个点按顺时针(还是逆时针来着?)否则就是你的例子里的负数, 也就是说调用这个函数前,应该保证三点的顺序. 如果要判断三点的顺序应该用向量求叉积的方式更加自然吧?
所谓的误差,是计算/测量结果跟预期精确值之间的差异范围。楼主的计算有点高深,没看出来是干啥的。但大概他是要计算 a1 比 a2 下。那么当你考虑误差以后,结果应该是 a1 - a2 的绝对值,小于误差范围,而不该是 a1 - a2 < 0 ,后者是精确值,不是误差范围。 浮点数的精度仅代表当前值的误差范围,而误差会随着不同的计算逻辑而发生变化,所以浮点计算最后的总误差,是要根据不同的算法做不同的分析的。没有人会喜欢这么干,所以如果需要精确计算,不要用浮点数,要用整数或者特定的十进制数据。
什么语言?我的建议是涉及到这种精密计算有条件都算专门的计算库( BigDecimal ?)能减少很多坑。
这是相当于在两个奥运场馆大小的区域用游标卡尺比大小啊,这么精细的操作 double 确实是不够的。
不去改计算方法来提高精度的话,接下来 doubledouble 也会不够用的。
参考 en.wikipedia.org/wiki/Double-precision_floating-point_format可知,double 一般只有 15~17 位的有效十进制位,测试用例计算两点叉积中间过程如下:double357732783707.917969-357732779387.523071 = 4320.394897357732779286.109924-357732783655.354370 = -4369.244446357732687769.262695-357732687720.413086 = 48.849609long double357732783707.917946-357732779387.523051 = 4320.394895357732779286.109919-357732783655.354386 = -4369.244467357732687769.262668-357732687720.413108 = 48.849560可以看到在 16 位之后,double 和 long double 的结果已经不同了,这导致了最后结果的不同。PS:这样计算完,还需要再*0.5 再取绝对值,才是三角形面积吧。
两个相近的浮点数做差会有精度上的问题 en.m.wikipedia.org/wiki/Catastrophic_cancellation
第一个考虑的方向是条件数,从三个平直系坐标计算三角形面积,在所给的输入处的条件数是 400 亿,这说明计算结果只能期待 <6 位有效数字。第二个考虑的方向是误差累积,楼主的算法,绝对误差是 (sum |x_i| + sum |y_i|) eps (这个界比较松)。如果先把任意一个点平移到原点,则绝对误差是 (sum |x_i - x_1| + sum |y_i - y_1|) 2eps ,是更好的策略。
为什么三角形的面积可以是负数
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