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python - 为什么 math.floor(x/y) != x//y 用于 Python 中的两个可整除的 float ?

coder 2023-05-24 原文

我一直在阅读 Python 中的除法和整数除法以及 Python2 与 Python3 中除法之间的差异。在大多数情况下,这一切都是有道理的。 Python 2 仅在两个值都是整数时才使用整数除法。 Python 3 总是执行真正的除法。 Python 2.2+ 引入了用于整数除法的 // 运算符。

其他程序员提供的例子很好,整洁,例如:

>>> 1.0 // 2.0      # floors result, returns float
0.0
>>> -1 // 2         # negatives are still floored
-1

//是如何实现的?为什么会发生以下情况:

>>> import math
>>> x = 0.5 
>>> y = 0.1
>>> x / y
5.0
>>> math.floor(x/y)
5.0
>>> x // y
4.0

不应该 x//y = math.floor(x/y) 吗?这些结果是在 python2.7 上产生的,但由于 x 和 y 都是 float ,因此在 python3+ 上的结果应该是相同的。如果有一些浮点错误,其中 x/y 实际上是 4.999999999999999 并且 math.floor(4.999999999999999) == 4.0 不会是反射(reflect)在 x/y?

但是,以下类似情况不受影响:

>>> (.5*10) // (.1*10)
5.0
>>> .1 // .1
1.0

最佳答案

我没有发现其他答案令人满意。当然,.1没有有限的二进制展开,所以我们的直觉是表示错误是罪魁祸首。但仅凭这种预感并不能真正解释为什么 math.floor(.5/.1)产量 5.0.5 // .1产量 4.0 .

妙语是a // b 实际上在做floor((a - (a % b))/b) ,而不是简单的 floor(a/b) .

.5/.1 正好 5.0

首先,注意.5 / .1的结果完全正确 5.0在 Python 中。即使 .1 也是如此。无法准确表示。以这段代码为例:

from decimal import Decimal

num = Decimal(.5)
den = Decimal(.1)
res = Decimal(.5/.1)

print('num: ', num)
print('den: ', den)
print('res: ', res)

以及对应的输出:

num:  0.5
den:  0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625
res:  5

这表明 .5可以用有限的二进制展开来表示,但是 .1不能。但它也表明,尽管如此,.5 / .1 的结果正是5.0 .这是因为浮点除法会导致精度损失,den不同于 .1在这个过程中丢失了。

这就是为什么math.floor(.5 / .1)如您所料:因为.5 / .1 5.0 , 写作 math.floor(.5 / .1)和写 math.floor(5.0) 一样.

那么 .5 // .1 为什么不呢?结果是 5?

人们可能会认为 .5 // .1floor(.5 / .1) 的简写, 但这种情况并非如此。事实证明,语义不同。即使 PEP says :

Floor division will be implemented in all the Python numeric types, and will have the semantics of

    a // b == floor(a/b)

事实证明,.5 // .1 的语义实际上等价于:

floor((.5 - mod(.5, .1)) / .1)

在哪里 mod.5 / .1 的浮点余数向零舍入。通过阅读 Python source code 可以清楚地了解这一点。 .

这个.1不能用二进制展开精确表示会导致问题。 .5 / .1 的浮点余数为零:

>>> .5 % .1
0.09999999999999998

而且事实并非如此是有道理的。由于 .1 的二进制扩展比实际的小数 .1 稍微大一点, 最大整数 alpha这样 alpha * .1 <= .5 (在我们的有限精度数学中)是 alpha = 4 .所以mod(.5, .1)非零,大约为 .1 .因此floor((.5 - mod(.5, .1)) / .1)变成 floor((.5 - .1) / .1)变成 floor(.4 / .1)等于 4 .

这就是为什么.5 // .1 == 4 .

为什么 //这样做?

a // b 的行为可能看起来很奇怪,但它与 math.floor(a/b) 的差异是有原因的.在他的blog关于 Python 的历史,Guido 写道:

The integer division operation (//) and its sibling, the modulo operation (%), go together and satisfy a nice mathematical relationship (all variables are integers):

a/b = q with remainder r

such that

b*q + r = a and 0 <= r < b

(assuming a and b are >= 0).

现在,Guido 假设所有变量都是整数,但是如果 a,这种关系仍然成立。和 b是 float ,如果 q = a // b .如果 q = math.floor(a/b)一般而言,这种关系不会成立。等等//可能是首选,因为它满足这种良好的数学关系。

关于python - 为什么 math.floor(x/y) != x//y 用于 Python 中的两个可整除的 float ?,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/32123583/

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