Как использовать bigdecimal в java

2 Алгебраические функции в Java

В большинстве случаев программисту с головой хватает школьной математики: даже синусы и косинусы в коде можно встретить очень редко. Чаще всего они нужны при работе с играми, картами или игровыми движками. 90% программистов с этим никогда не сталкиваются.

Но, кроме геометрии, программистам иногда приходится использовать и алгебраические функции. И, конечно же, класс содержит самые распространенные из них:

Метод	Описание
	квадратный корень из
	кубический корень из
	возведение в степень:
	экспонента:
	натуральный логарифм :
	десятичный логарифм :
	натуральный логарифм :

Если вам нужен квадратный или кубический корень из числа, для этого есть функции и .

Корень из двух можно вычислить так:

Если вы хотите получить корень более высокой степени, воспользуйтесь функцией возведения в степень: в степени — это и будет корень четвертой степени, и т.д.

Для работы с логарифмами и экспонентами есть функции – натуральный логарифм и — экспонента. Для вычисления десятичного логарифма есть функция .

Если вам нужен логарифм числа по основанию , воспользуйтесь простой формулой:

Полезные функции

Последние две функции и могут быть вам полезны, если вы проводите вычисления при очень маленьких значениях .

При сложении очень маленьких и очень больших переменных часто может возникнуть ситуация, когда очень маленькое значение просто игнорируется (отбрасывается) как незначащее. Это, собственно, и будет происходить, если использовать функции и . Поэтому программисты придумали функции, которые возвращают только ту самую «маленькую значащую часть»

Пример:

Вы хотите посчитать натуральный логарифм от , где равен . Вы просто не сможете передать это число в функцию , т.к. если сложить и , получится . — настолько маленькое число, что будет отброшено полностью при сложении чисел.

А т.к. в математике часто приходится вычислять при числах, близких к , программисты придумали способ обойти эту проблему: передать в функцию не само число, а только его отличие от .

Round() в Go 1.10

Для тех, кто не знаком с устройством float (я в их числе), этот код выглядит совершенно непонятно. Попробуем разобраться, что же он делает:

Похоже, что мы берём битовое представление числа, сдвигаем его и применяем маску. Согласно :

Рассматривая приведённые выше константы, мы видим, что сдвиг составляет 64 — 11 — 1, что означает 64 бита на число, 11 из которых используются для показателя степени, один — для знака и 52 оставшихся бита — для мантиссы. Это означает, что используемый сдвиг удаляет биты мантиссы, а маска удаляет бит знака, оставляя нас только с показателем степени.

В полученном числе показатель степени записан не как он есть, а с прибавлением числа 1023 (это делается для того чтобы записывать отрицательные показатели для очень маленьких чисел), что означает, что мы должны вычесть 1023 из e, вычисленного выше, чтобы получить фактический показатель. Иными словами, если e < bias, то мы имеем отрицательный показатель степени, что означает, что абсолютное значение float должно быть < 1. Действительно, дальше мы видим:

Здесь бит маскируется знаковым битом, это используется только для сохранения правильного знака: теперь мы можем полностью игнорировать мантиссу. Мы можем это сделать, потому что в этом случае нас интересует только показатель степени. Так как используется основание степени 2, а e < bias, мы знаем, что наименьший показатель, который может быть, равен -1, а 2 ^ -1 = 0,5. Кроме того, мантисса имеет некоторое значение 1.X. Таким образом, в зависимости от показателя наше число находится либо в диапазоне (0,5, 1), либо в диапазоне (0, 0,5). Поэтому во втором случае для правильного округления нам нужно добавить к числу единицу. Фух. Подробнее это описано в википедии.

Теперь разберём второй случай:

Наверное, вы думаете, что условие в этой ветке должно быть e > bias, чтобы покрыть все случаи с положительным показателем степени. Но вместо этого тут используется только их часть. Использование сдвига здесь особенно интересно, потому что кажется, что оно несравнимо с bias. Первое — это число битов смещения, а второе — численное смещение. Но, поскольку числа с плавающей точкой представлены как (1.мантисса) * 2 ^ X, то если X больше числа битов в мантиссе, мы гарантированно получим значение без дробной части. То есть показатель степени сместил десятичную точку вправо настолько, что мантисса окончательно пропала. Таким образом, выражение в этой ветке игнорирует числа с плавающей точкой, которые уже округлены.

Первая строка тут простая: вычитаем bias из e и получаем реальное значение показателя степени. Вторая строка добавляет к значению 0,5. Это работает, потому что старший бит мантиссы добавляет 0,5 к финальной сумме (см. представление в статье “Википедии” ниже). В этом случае эта сумма переполняет 52-битные границы мантиссы, показатель степени будет увеличен на 1. Значение показателя степени не сможет переполниться до знакового бита, так как оно не может быть больше bias+shift из примера выше. В любом случае, дробная часть очищается. Таким образом, если дробная часть была больше или равна 0,5, она будет увеличена на 1, в противном случае будет отброшена. Хитро и не очевидно до тех пор, пока мы не посмотрим глубже.

3 Потеря точности при работе с вещественными числами

При работе с вещественными числами всегда нужно иметь в виду, что вещественные числа не точные. Всегда будут ошибки округления, ошибки преобразования из десятичной системы в двоичную и, наконец, самое частое – потеря точности при сложении/вычитании чисел слишком разных размерностей.

Последнее — самая неожиданная ситуация для новичков в программировании.

Если из числа вычесть , мы получим опять .

Вычитание чисел слишком разных размерностей	Объяснение
	Второе число слишком маленькое, и его значащая часть игнорируется (выделено серым). Оранжевым выделены 15 значащих цифр.

Что тут сказать, программирование — это не математика.

Различие округления в Python 2 и Python 3

В Python 2 и Python 3 реализованы разные принципы округления.

В Python 2 используется арифметическое округление. В нем наблюдается большое количество погрешностей, что приводит к неточностям в процессе вычислений.

Во втором Python есть только 4 цифры, которые ведут к преобразованию к меньшему значению – 1, 2, 3 и 4. Также 5 цифр, которые приводят к большему значению – 5, 6, 7, 8, 9. Такое неравное распределение ведет к тому, что погрешность постоянно нарастает.

Python 2 по правилам арифметического округления преобразует число 5,685 в 5,68 до второго знака. Такая погрешность связана с тем, что десятичные цифры float в двоичном коде невозможно корректно представить.

В Python 3 используются принципы банковского округления. Это означает, что преобразование производится к ближайшему четному. В таком случае также не удается полностью избежать возникающих ошибок, но программисты добиваются точности в подсчетах.

2,5 по правилам банковского преобразования будет равно 2, а 3,5 = 4 (значения возводятся к близкому четному). Минимизировать погрешности можно благодаря практически равной вероятности, что перед пятеркой будет четное или нечетное число.

4 Минимум и максимум из нескольких чисел

Есть еще одно полезное применение функций и .

Это вычисление минимума (или максимума) из нескольких чисел или переменных. Функции очень удобно вызывать друг в друге.

Вот как можно записать минимум из 3-х чисел:

А что? Очень удобно: вычисляем минимум пары чисел, а затем возвращаем меньшее число из найденного и оставшегося.

Минимум из четырех чисел получается аналогично:

Хотя можно эту формулу записать немного понятнее:

Для функции все аналогично.

Использование оператора или тернарного оператора сделало бы эти записи немного более громоздкими. А использование функций и — просто идеальное решение.

Где делать округление: размышления о точности

Теперь, когда есть возможность управлять округлением расчёта, до какого знака следует округлять? Ответ зависит от того, как планируется использовать полученное число.

Вам известна требуемая точность конечного результата из потребностей пользователей. Для чисел, которые будут складываться и вычитаться для получения конечного результата, необходимо добавить ещё один десятичный разряд, так что сумма 0.0144 + 0.0143 будет округлена до 0.03, в то время как если округление выполняется до 0.01, результатом будет 0.02.

Если необходимы числа, которые будут умножаться для получения конечного результата, необходимо сохранять столько знаков после запятой, сколько возможно. Например, коэффициенты и удельные затраты не должны округляться. После умножения необходимо округлять конечный результат.

Функции из библиотеки Math

Модуль необходим в Python. Он предоставляет пользователю широкий функционал работы с числами. Для обработки алгоритмов сначала проводят импорт модуля.

math.ceil

Функция преобразовывает значение в большую сторону (вверх). Этот термин применяется и в математике. Он означает число, которое равно или больше заданного.

Любая дробь находится между двумя целыми числами. Например, 2.3 лежит между 2 и 3. Функция ceil() определяет большую сторону и возводит к нему результат преобразования. Например:

Алгоритм определяет большую границу интервала с учетом знака:

math.floor

действует противоположно – округляет дробное значение до ближайшего целого, которое меньше или равно исходному. Округление происходит в меньшую сторону (вниз):

При округлении учитывается знак перед данными.

math.trunc

Функция характеризуется отбрасыванием дробной части. После преобразования получается целое значение без учета дроби. Такой алгоритм не является округлением в арифметическом смысле. В Пайтон просто игнорируется дробь независимо от ее значения:

Избавиться от дроби можно без подключения модуля. Для этого есть стандартная функция Она преобразовывает дробные числа в целые путем игнорирования дроби.

Java Math.round Syntax

The basic syntax of the round Function in Java Programming language is as shown below.

Number: It can be a number or a valid numerical expression.

• If the number argument is a positive or negative number, the Math.round function will return the nearest value.
• If the number argument is not a number, the Java Math.round function will return Zero.

Java Programming provides two different functions to round the specified value. The following Java math.round function will accept positive or negative float value as an argument and returns the closest mathematical integer value of type Int.

The following Java round double function will accept the positive or negative double value and returns the closest math integer value of type long.

Методы класса чисел

Список методов всех подклассов класса чисел в Java:

№	Метод с описанием
1	xxxValue() Преобразует значение целочисленного объекта в ххх тип данных и возвращает его.
2	compareTo() Сравнивает целочисленный объект с аргументом.
3	equals() Определяет, является ли целочисленный объект равным аргументу.
4	valueOf() Возвращает целочисленный объект, держа указанное значение.
5	toString() Возвращает строковый объект (String), представляющий указанное значение int или целочисленный объект.
6	parseInt() Метод используется для получения примитивного типа данных определенной строки.
7	abs() Возвращает абсолютное значение аргумента.
8	ceil() Возвращает наименьшее (ближайшее к отрицательной бесконечности) double значение, которое больше или равно аргументу и равное математическому целому числу.
9	floor() Возвращает наибольшее (ближайшее к положительной бесконечности) double значение, которое меньше или равно аргумента и равно математическому целому числу.
10	rint() Возвращает double значение, которое ближе всего по значению аргумента и равно математическому целому числу.
11	round() Возвращает ближайшее long или int к аргументу по правилам округления.
12	min() Возвращает меньшее из двух аргументов.
13	max() Возвращает большее из двух аргументов.
14	exp() Возвращает число е Эйлера, возведенную в степень double значения.
15	log() Возвращает натуральный логарифм (по основанию е) с double значением.
16	pow() Возвращает значение первого аргумента, возведенное в степень второго аргумента.
17	sqrt() Возвращает правильно округленный положительный квадратный корень из double значения.
18	sin() Возвращает синус указанного double значения.
19	cos() Возвращает косинус указанного double значения.
20	tan() Возвращает тангенс указанного double значения.
21	asin() Возвращает арксинус указанного double значения.
22	acos() Возвращает арккосинус указанного double значения.
23	atan() Возвращает арктангенс указанного double значения.
24	atan2() Возвращает угол тета от преобразования прямоугольных координат (x, y) в полярных координатах (г, тета).
25	toDegrees() Преобразует угол, измеренный в радианах в примерно эквивалентном угол, измеренный в градусах.
26	toRadians() Преобразует угол, измеренный в градусах, в приблизительно эквивалентный угол, измеренный в радианах.
27	random() Возвращает double значение с положительным знаком, больше чем или равно 0.0 и меньше чем 1.0 .

Поделитесь:

1 Округление вещественных чисел

Как мы уже разбирали, при присваивании переменной типа вещественного числа оно всегда округляется вниз до целого — его дробная часть просто отбрасывается.

А ведь легко можно представить ситуацию, когда дробное число нужно округлить просто до ближайшего целого или вообще вверх. Что делать в этой ситуации?

Для этого и для многих похожих случаев в Java есть класс , у которого есть методы , , .

Метод

Метод округляет число до ближайшего целого:

Но, как говорится, есть нюанс: результат работы этого метода — целочисленный тип (не ). Вещественные числа ведь могут быть очень большими, поэтому разработчики Java решили использовать самый большой целочисленный тип, который есть в Java — .

Поэтому чтобы присвоить результат в переменную типа , программист должен явно указать компилятору, что он согласен с возможной потерей данных (вдруг число не поместится в тип ).

Примеры:

Команда	Результат

Метод

Метод округляет число до целого вверх, примеры:

Команда	Результат

Метод

Метод округляет число до целого вниз, примеры:

Команда	Результат

Хотя, для округления числа до целого вниз, будет проще использовать просто оператор приведения типа — :

Команда	Результат

Если вам сложно запомнить эти команды, вам поможет небольшой урок английского:

• — математика
• — круг/округлять
• — потолок
• — пол

Rounding Doubles With BigDecimal

To round doubles to n decimal places, we can write a helper method:

There is one important thing to notice in this solution – when constructing BigDecimal; we must always use BigDecimal(String) constructor. This prevents issues with representing inexact values.

We can achieve the same by using the Apache Commons Math library:

The latest version can be found .

Once the library is added to the project, we can use the Precision.round() method, which takes two arguments – value and scale:

By default, it is using the same HALF_UP rounding method as our helper method. Therefore, the results should be the same.

Note that we can change rounding behavior by passing the desired rounding method as a third parameter.

Пример проблем при учёте финансов

Денежные расчёты требуют точности в заданной степени, например, для большинства валют это два знака после запятой. Они также требуют определённого типа поведения при округлении, например, в случае налогов всегда выполнять округление в большую сторону.

Например, предположим, что у нас есть продукт, который стоит 10.00 в заданной валюте и местный налог с продаж 0.0825, или 8.25%. Если посчитать налог на бумаге, сумма будет:

10.00 * 0.0825 = 0.825

Поскольку точность расчёта для данной валюты две цифры после запятой, требуется округлить число 0.825. Кроме того, поскольку это налог, обычной практикой является постоянное округление до цента в большую сторону. Таким образом, после расчёта баланса по счетам в конце дня мы никогда не получим недоплату налогов.

0.825 -> 0.83

И таким образом клиенту выставляется общий счёт на сумму 10.83 в местной валюте, а сборщику налогов выплачивается 0.83

Обратите внимание, что если продать 1000 таких продуктов, то переплата сборщику налогов была бы:. 1000 * (0.83 — 0.825) = 5.00

1000 * (0.83 — 0.825) = 5.00

100.0 * 0.528361 = 52.8361

Так как это не налог, можно округлить эту цифру вверх или вниз на своё усмотрение. Предположим, округление выполняется в соответствии со стандартными правилами округления: если следующая значащая цифра меньше 5, округляем в меньшую сторону. В противном случае округляем вверх. Это даёт для окончательной цены значение 52.84.

Теперь предположим, что мы хотим дать рекламную скидку в размере 5% от всей покупки. Делать скидку с цифры 52.8361 или 52.84? Какова разница?

Расчёт 1: 52.8361 * 0.95 = 50.194295 = 50.19

Расчёт 2: 52.84 * 0.95 = 50.198 = 50.20

Обратите внимание, что окончательная цифра округлена по стандартному правилу округления. Видите разницу в один цент между двумя цифрами? Старый код не беспокоился о принятии во внимание округления, поэтому он всегда делал вычисления как в Расчёте 1

Но в новом коде перед расчётом скидок, налогов и всего другого сначала выполняется округление, как и в Расчёте 2. Это одна из главных причин для ошибки в один цент

Видите разницу в один цент между двумя цифрами? Старый код не беспокоился о принятии во внимание округления, поэтому он всегда делал вычисления как в Расчёте 1. Но в новом коде перед расчётом скидок, налогов и всего другого сначала выполняется округление, как и в Расчёте 2

Это одна из главных причин для ошибки в один цент.

1 Тригонометрические функции в Java

Ранее, когда мы изучали округление чисел, мы познакомились с классом и некоторыми его методами. Сейчас мы рассмотрим этот класс более подробно.

В классе , на что как бы намекает это название, собраны самые часто употребляемые программистами математические функции. Вот самые интересные из них:

Метод	Описание
	Возвращает синус угла , заданного в радианах
	Возвращает косинус угла , заданного в радианах
	Возвращает тангенс угла , заданного в радианах
	Возвращает арксинус
	Возвращает арккосинус
	Возвращает арктангенс
	Возвращает гиперболический синус
	Возвращает гиперболический косинус
	Возвращает гиперболический тангенс

Функции , и принимают угол заданный в радианах. Чтобы преобразовать углы из градусов в радианы и обратно, в классе есть две специальные функции:

Метод	Описание
	Преобразует угол из градусов в радианы
	Преобразует угол из радиан в градусы

В классе , кстати, есть не только функции, но еще и две переменные-константы (статические поля класса):

Константа	Описание
	Число «Пи» равное
	Число «Е» равное

Все эти функции могут быть вам очень полезны, если вы решите писать свои игры, работать с графикой, ну или просто посчитать длину пути по карте.

Например, если вы хотите вычислить , вот как можно это сделать:

Пример использования:

parseInt и parseFloat

Для явного преобразования к числу можно использовать или . Если строка не является в точности числом, то результат будет :

Единственное исключение — это пробелы в начале строки и в конце, они игнорируются.

В реальной жизни мы часто сталкиваемся со значениями у которых есть единица измерения, например или в CSS. Также во множестве стран символ валюты записывается после номинала . Так как нам получить числовое значение из таких строк?

Для этого есть и .

Они «читают» число из строки. Если в процессе чтения возникает ошибка, они возвращают полученное до ошибки число. Функция возвращает целое число, а возвращает число с плавающей точкой:

Функции вернут , если не смогли прочитать ни одну цифру:

Второй аргумент

Функция имеет необязательный второй параметр. Он определяет систему счисления, таким образом может также читать строки с шестнадцатеричными числами, двоичными числами и т.д.:

Как подключить джойстик к компьютеру Windows 10? Рекомендации по настройке

Округление при работе с числами ограниченной точности

Реальные физические величины всегда измеряются с некоторой конечной точностью, которая зависит от приборов и методов измерения и оценивается максимальным относительным или абсолютным отклонением неизвестного истинного значения от измеренного, что в десятичном представлении значения соответствует либо определённому числу значащих цифр, либо определённой позиции в записи числа, все цифры после (правее) которой являются незначащими (лежат в пределах погрешности измерения). Сами измеренные параметры записываются с таким числом знаков, чтобы все цифры были надёжными, возможно, последняя — сомнительной. Погрешность при математических операциях с числами ограниченной точности сохраняется и изменяется по известным математическим законам, поэтому когда в дальнейших вычислениях возникают промежуточные значения и результаты с больши́м числом цифр, из этих цифр только часть являются значимыми. Остальные цифры, присутствуя в значениях, фактически не отражают никакой физической реальности и лишь отнимают время на вычисления. Вследствие этого промежуточные значения и результаты при вычислениях с ограниченной точностью округляют до того количества знаков, которое отражает реальную точность полученных значений. На практике обычно рекомендуется при длинных «цепочных» ручных вычислениях сохранять в промежуточных значениях на одну цифру больше. При использовании компьютера промежуточные округления в научно-технических приложениях чаще всего теряют смысл, и округляется только результат.

Так, например, если задана сила 5815 гс с точностью до грамма силы и длина плеча 1,40 м с точностью до сантиметра, то момент силы в кгс по формуле M=(mg)⋅h{\displaystyle M=(mg)\cdot h}, в случае формального расчёта со всеми знаками, окажется равным: 5,815 кгс • 1,4 м = 8,141 кгс•м. Однако если учесть погрешность измерения, то мы получим, что предельная относительная погрешность первого значения составляет 1/5815 ≈ 1,7•10−4, второго — 1/140 ≈ 7,1•10−3, относительная погрешность результата по правилу погрешности операции умножения (при умножении приближённых величин относительные погрешности складываются) составит 7,3•10−3, что соответствует максимальной абсолютной погрешности результата ±0,059 кгс•м! То есть в реальности, с учётом погрешности, результат может составлять от 8,082 до 8,200 кгс•м, таким образом, в рассчитанном значении 8,141 кгс•м полностью надёжной является только первая цифра, даже вторая — уже сомнительна! Корректным будет округление результата вычислений до первой сомнительной цифры, то есть до десятых: 8,1 кгс•м, или, при необходимости более точного указания рамок погрешности, представить его в виде, округлённом до одного-двух знаков после запятой с указанием погрешности: 8,14 ± 0,06 кгс•м.

Округление рассчитанного значения погрешности

Обычно в окончательном значении рассчитанной погрешности оставляют только первые одну-две значащие цифры. По одному из применяемых правил, если значение погрешности начинается с цифр 1 или 2(по другому правилу — 1, 2 или 3), то в нём сохраняют две значащих цифры, в остальных случаях — одну, например: 0,13; 0,26; 0,3; 0,8. То есть каждая декада возможных значений округляемой погрешности разделена на две части. Недостаток этого правила состоит в том, что относительная погрешность округления изменяется значительным скачком при переходе от числа 0,29 к числу 0,3. Для устранения этого предлагается каждую декаду возможных значений погрешности делить на три части с менее резким изменением шага округления. Тогда ряд разрешённых к употреблению округлённых значений погрешности получает вид:

• 0,10; 0,12; 0,14; 0,16; 0,18;
• 0,20; 0,25; 0,30; 0,35; 0,40; 0,45;
• 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0.

Однако при использовании такого правила последние цифры самого результата, оставляемые после округления, также должны соответствовать приведённому ряду.

Пересчёт значений физических величин

Пересчёт значения физической величины из одной системы единиц в другую должен производиться с сохранением точности исходного значения. Для этого исходное значение в одних единицах следует умножить (разделить) на переводной коэффициент, часто содержащий большое количество значащих цифр, и округлить полученный результат до количества значащих цифр, обеспечивающего точность исходного значения. Например, при пересчёте значения силы 96,3 тс в значение, выраженное в килоньютонах (кН), следует умножить исходное значение на переводной коэффициент 9,80665 (1 тс = 9,80665 кН). В результате получается значение 944,380395 кН, которое необходимо округлить до трёх значащих цифр. Вместо 96,3 тс получаем 944 кН.