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@@ -1,30 +1,30 @@
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## 3.2. 浮點數
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## 3.2. 浮点数
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Go語言提供了兩種精度的浮點數,float32和float64。它們的算術規范由IEEE754浮點數国際標準定義,該浮點數規范被所有現代的CPU支持。
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Go语言提供了两种精度的浮点数,float32和float64。它们的算术规范由IEEE754浮点数国际标准定义,该浮点数规范被所有现代的CPU支持。
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這些浮點數類型的取值范圍可以從很微小到很鉅大。浮點數的范圍極限值可以在math包找到。常量math.MaxFloat32表示float32能表示的最大數值,大約是 3.4e38;對應的math.MaxFloat64常量大約是1.8e308。它們分别能表示的最小值近似爲1.4e-45和4.9e-324。
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这些浮点数类型的取值范围可以从很微小到很巨大。浮点数的范围极限值可以在math包找到。常量math.MaxFloat32表示float32能表示的最大数值,大约是 3.4e38;对应的math.MaxFloat64常量大约是1.8e308。它们分别能表示的最小值近似为1.4e-45和4.9e-324。
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一個float32類型的浮點數可以提供大約6個十進製數的精度,而float64則可以提供約15個十進製數的精度;通常應該優先使用float64類型,因爲float32類型的纍計計算誤差很容易擴散,併且float32能精確表示的正整數併不是很大(譯註:因爲float32的有效bit位隻有23個,其它的bit位用於指數和符號;當整數大於23bit能表達的范圍時,float32的表示將出現誤差):
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一个float32类型的浮点数可以提供大约6个十进制数的精度,而float64则可以提供约15个十进制数的精度;通常应该优先使用float64类型,因为float32类型的累计计算误差很容易扩散,并且float32能精确表示的正整数并不是很大(译注:因为float32的有效bit位只有23个,其它的bit位用于指数和符号;当整数大于23bit能表达的范围时,float32的表示将出现误差):
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```Go
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var f float32 = 16777216 // 1 << 24
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fmt.Println(f == f+1) // "true"!
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```
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浮點數的字面值可以直接寫小數部分,像這樣:
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浮点数的字面值可以直接写小数部分,像这样:
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```Go
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const e = 2.71828 // (approximately)
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```
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小數點前面或後面的數字都可能被省略(例如.707或1.)。很小或很大的數最好用科學計數法書寫,通過e或E來指定指數部分:
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小数点前面或后面的数字都可能被省略(例如.707或1.)。很小或很大的数最好用科学计数法书写,通过e或E来指定指数部分:
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```Go
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const Avogadro = 6.02214129e23 // 阿伏伽德羅常數
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const Planck = 6.62606957e-34 // 普朗剋常數
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const Avogadro = 6.02214129e23 // 阿伏伽德罗常数
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const Planck = 6.62606957e-34 // 普朗克常数
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```
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用Printf函數的%g參數打印浮點數,將采用更緊湊的表示形式打印,併提供足夠的精度,但是對應表格的數據,使用%e(帶指數)或%f的形式打印可能更合適。所有的這三個打印形式都可以指定打印的寬度和控製打印精度。
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用Printf函数的%g参数打印浮点数,将采用更紧凑的表示形式打印,并提供足够的精度,但是对应表格的数据,使用%e(带指数)或%f的形式打印可能更合适。所有的这三个打印形式都可以指定打印的宽度和控制打印精度。
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```Go
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for x := 0; x < 8; x++ {
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@@ -32,7 +32,7 @@ for x := 0; x < 8; x++ {
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}
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```
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上面代碼打印e的冪,打印精度是小數點後三個小數精度和8個字符寬度:
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上面代码打印e的幂,打印精度是小数点后三个小数精度和8个字符宽度:
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```
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x = 0 e^x = 1.000
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@@ -45,21 +45,21 @@ x = 6 e^x = 403.429
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x = 7 e^x = 1096.633
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```
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math包中除了提供大量常用的數學函數外,還提供了IEEE754浮點數標準中定義的特殊值的創建和測試:正無窮大和負無窮大,分别用於表示太大溢出的數字和除零的結果;還有NaN非數,一般用於表示無效的除法操作結果0/0或Sqrt(-1).
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math包中除了提供大量常用的数学函数外,还提供了IEEE754浮点数标准中定义的特殊值的创建和测试:正无穷大和负无穷大,分别用于表示太大溢出的数字和除零的结果;还有NaN非数,一般用于表示无效的除法操作结果0/0或Sqrt(-1).
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```Go
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var z float64
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fmt.Println(z, -z, 1/z, -1/z, z/z) // "0 -0 +Inf -Inf NaN"
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```
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函數math.IsNaN用於測試一個數是否是非數NaN,math.NaN則返迴非數對應的值。雖然可以用math.NaN來表示一個非法的結果,但是測試一個結果是否是非數NaN則是充滿風險的,因爲NaN和任何數都是不相等的(譯註:在浮點數中,NaN、正無窮大和負無窮大都不是唯一的,每個都有非常多種的bit模式表示):
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函数math.IsNaN用于测试一个数是否是非数NaN,math.NaN则返回非数对应的值。虽然可以用math.NaN来表示一个非法的结果,但是测试一个结果是否是非数NaN则是充满风险的,因为NaN和任何数都是不相等的(译注:在浮点数中,NaN、正无穷大和负无穷大都不是唯一的,每个都有非常多种的bit模式表示):
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```Go
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nan := math.NaN()
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fmt.Println(nan == nan, nan < nan, nan > nan) // "false false false"
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```
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如果一個函數返迴的浮點數結果可能失敗,最好的做法是用單獨的標誌報告失敗,像這樣:
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如果一个函数返回的浮点数结果可能失败,最好的做法是用单独的标志报告失败,像这样:
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```Go
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func compute() (value float64, ok bool) {
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@@ -71,7 +71,7 @@ func compute() (value float64, ok bool) {
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}
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```
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接下來的程序演示了通過浮點計算生成的圖形。它是帶有兩個參數的z = f(x, y)函數的三維形式,使用了可縮放矢量圖形(SVG)格式輸出,SVG是一個用於矢量線繪製的XML標準。圖3.1顯示了sin(r)/r函數的輸出圖形,其中r是sqrt(x*x+y*y)。
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接下来的程序演示了通过浮点计算生成的图形。它是带有两个参数的z = f(x, y)函数的三维形式,使用了可缩放矢量图形(SVG)格式输出,SVG是一个用于矢量线绘制的XML标准。图3.1显示了sin(r)/r函数的输出图形,其中r是sqrt(x*x+y*y)。
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@@ -133,30 +133,30 @@ func f(x, y float64) float64 {
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}
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要註意的是corner函數返迴了兩個結果,分别對應每個網格頂點的坐標參數。
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要注意的是corner函数返回了两个结果,分别对应每个网格顶点的坐标参数。
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要解釋這個程序是如何工作的需要一些基本的幾何學知識,但是我們可以跳過幾何學原理,因爲程序的重點是演示浮點數運算。程序的本質是三個不同的坐標繫中映射關繫,如圖3.2所示。第一個是100x100的二維網格,對應整數整數坐標(i,j),從遠處的(0, 0)位置開始。我們從遠處向前面繪製,因此遠處先繪製的多邊形有可能被前面後繪製的多邊形覆蓋。
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要解释这个程序是如何工作的需要一些基本的几何学知识,但是我们可以跳过几何学原理,因为程序的重点是演示浮点数运算。程序的本质是三个不同的坐标系中映射关系,如图3.2所示。第一个是100x100的二维网格,对应整数整数坐标(i,j),从远处的(0, 0)位置开始。我们从远处向前面绘制,因此远处先绘制的多边形有可能被前面后绘制的多边形覆盖。
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第二個坐標繫是一個三維的網格浮點坐標(x,y,z),其中x和y是i和j的線性函數,通過平移轉換位網格單元的中心,然後用xyrange繫數縮放。高度z是函數f(x,y)的值。
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第二个坐标系是一个三维的网格浮点坐标(x,y,z),其中x和y是i和j的线性函数,通过平移转换位网格单元的中心,然后用xyrange系数缩放。高度z是函数f(x,y)的值。
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第三個坐標繫是一個二維的畵布,起點(0,0)在左上角。畵布中點的坐標用(sx, sy)表示。我們使用等角投影將三維點
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第三个坐标系是一个二维的画布,起点(0,0)在左上角。画布中点的坐标用(sx, sy)表示。我们使用等角投影将三维点
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(x,y,z)投影到二維的畵布中。畵布中從遠處到右邊的點對應較大的x值和較大的y值。併且畵布中x和y值越大,則對應的z值越小。x和y的垂直和水平縮放繫數來自30度角的正絃和餘絃值。z的縮放繫數0.4,是一個任意選擇的參數。
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(x,y,z)投影到二维的画布中。画布中从远处到右边的点对应较大的x值和较大的y值。并且画布中x和y值越大,则对应的z值越小。x和y的垂直和水平缩放系数来自30度角的正弦和余弦值。z的缩放系数0.4,是一个任意选择的参数。
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對於二維網格中的每一個網格單元,main函數計算單元的四個頂點在畵布中對應多邊形ABCD的頂點,其中B對應(i,j)頂點位置,A、C和D是其它相鄰的頂點,然後輸出SVG的繪製指令。
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对于二维网格中的每一个网格单元,main函数计算单元的四个顶点在画布中对应多边形ABCD的顶点,其中B对应(i,j)顶点位置,A、C和D是其它相邻的顶点,然后输出SVG的绘制指令。
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**練習 3.1:** 如果f函數返迴的是無限製的float64值,那麽SVG文件可能輸出無效的<polygon>多邊形元素(雖然許多SVG渲染器會妥善處理這類問題)。脩改程序跳過無效的多邊形。
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**练习 3.1:** 如果f函数返回的是无限制的float64值,那么SVG文件可能输出无效的<polygon>多边形元素(虽然许多SVG渲染器会妥善处理这类问题)。修改程序跳过无效的多边形。
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**練習 3.2:** 試驗math包中其他函數的渲染圖形。你是否能輸出一個egg box、moguls或a saddle圖案?
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**练习 3.2:** 试验math包中其他函数的渲染图形。你是否能输出一个egg box、moguls或a saddle图案?
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**練習 3.3:** 根據高度給每個多邊形上色,那樣峯值部將是紅色(#ff0000),谷部將是藍色(#0000ff)。
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**练习 3.3:** 根据高度给每个多边形上色,那样峰值部将是红色(#ff0000),谷部将是蓝色(#0000ff)。
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**練習 3.4:** 參考1.7節Lissajous例子的函數,構造一個web服務器,用於計算函數麴面然後返迴SVG數據給客戶端。服務器必須設置Content-Type頭部:
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**练习 3.4:** 参考1.7节Lissajous例子的函数,构造一个web服务器,用于计算函数曲面然后返回SVG数据给客户端。服务器必须设置Content-Type头部:
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```Go
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w.Header().Set("Content-Type", "image/svg+xml")
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(這一步在Lissajous例子中不是必須的,因爲服務器使用標準的PNG圖像格式,可以根據前面的512個字節自動輸出對應的頭部。)允許客戶端通過HTTP請求參數設置高度、寬度和顔色等參數。
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(这一步在Lissajous例子中不是必须的,因为服务器使用标准的PNG图像格式,可以根据前面的512个字节自动输出对应的头部。)允许客户端通过HTTP请求参数设置高度、宽度和颜色等参数。
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