Почему 24.0000 не равно 24.0000 в MATLAB?

Я пишу программу, в которой мне нужно удалить дубликаты точек, хранящихся в матрице. Проблема в том, что когда дело доходит до проверки, находятся ли эти точки в матрице, MATLAB не может распознать их в матрице, хотя они существуют.

в следующем коде intersections функция получает точки пересечения:

[points(:,1), points(:,2)] = intersections(...
    obj.modifiedVGVertices(1,:), obj.modifiedVGVertices(2,:), ...
    [vertex1(1) vertex2(1)], [vertex1(2) vertex2(2)]);

результат:

>> points
points =
   12.0000   15.0000
   33.0000   24.0000
   33.0000   24.0000

>> vertex1
vertex1 =
    12
    15

>> vertex2    
vertex2 =
    33
    24

две точки (vertex1 и vertex2) следует исключить из результата. Это должно быть сделано команды ниже:

points = points((points(:,1) ~= vertex1(1)) | (points(:,2) ~= vertex1(2)), :);
points = points((points(:,1) ~= vertex2(1)) | (points(:,2) ~= vertex2(2)), :);

после этого, у нас есть этот неожиданный результат:

>> points
points =
   33.0000   24.0000

результатом должна быть пустая матрица. Как видите, первый (или второй? пара)[33.0000 24.0000] был исключен, но не второй.

затем я проверил эти два выражения:

>> points(1) ~= vertex2(1)
ans =
     0
>> points(2) ~= vertex2(2)
ans =
     1   % <-- It means 24.0000 is not equal to 24.0000?

в чем проблема?


более удивительно, я сделал новый скрипт, который имеет только эти команды:

points = [12.0000   15.0000
          33.0000   24.0000
          33.0000   24.0000];

vertex1 = [12 ;  15];
vertex2 = [33 ;  24];

points = points((points(:,1) ~= vertex1(1)) | (points(:,2) ~= vertex1(2)), :);
points = points((points(:,1) ~= vertex2(1)) | (points(:,2) ~= vertex2(2)), :);

результат как и ожидалось:

>> points
points =  
   Empty matrix: 0-by-2

6 ответов


проблема вас касается как числа с плавающей точкой представлены на компьютере. Более подробное обсуждение представлений с плавающей запятой появляется в конце моего ответа (раздел" представление с плавающей запятой"). The TL; DR версия: поскольку компьютеры имеют конечные объемы памяти, числа могут быть представлены только с конечной точностью. Таким образом, точность чисел с плавающей запятой ограничена определенным числом десятичных знаков места (около 16 значащих цифр для двойной точности значения по умолчанию используется в MATLAB).

фактическая и отображаемая точность

Теперь рассмотрим конкретный пример в вопросе... пока 24.0000 и 24.0000 are отображается таким же образом, оказывается, что они на самом деле отличаются очень маленькими десятичными суммами в этом случае. Вы не видите его, потому что MATLAB отображает только 4 значащие цифры по умолчанию, сохраняя общий дисплей аккуратным и аккуратным. если вы хотите увидеть полную точность, вы должны либо выдать просмотр шестнадцатеричное представление номер:

>> pi
ans =
    3.1416
>> format long
>> pi
ans =
   3.141592653589793
>> num2hex(pi)
ans =
400921fb54442d18

инициализированные значения против вычисленных значений

поскольку существует только конечное число значений, которые могут быть представлены для числа с плавающей запятой, возможно, что вычисление приведет к значению, которое попадает между двумя из них представления. В таком случае результат должен быть округлен до одного из них. Это вводит небольшой ошибка машинной точности. Это также означает, что инициализация значения напрямую или с помощью некоторых вычислений может дать несколько иные результаты. Например, значение 0.1 нет точно представление с плавающей запятой (т. е. оно немного округляется), и поэтому вы в конечном итоге получаете контринтуитивные результаты, такие как это из-за ошибок округления накопить:

>> a=sum([0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1]);  % Sum 10 0.1s
>> b=1;                                               % Initialize to 1
>> a == b
ans =
  logical
   0                % They are unequal!
>> num2hex(a)       % Let's check their hex representation to confirm
ans =
3fefffffffffffff
>> num2hex(b)
ans =
3ff0000000000000

как правильно обрабатывать сравнения с плавающей запятой

поскольку значения с плавающей запятой могут отличаться на очень небольшие суммы, любые сравнения должны выполняться путем проверки того, что значения находятся в пределах некоторого диапазона (т. е. допуска) друг друга, а не точно равны друг другу. Например:

a = 24;
b = 24.000001;
tolerance = 0.001;
if abs(a-b) < tolerance, disp('Equal!'); end

отобразится "равно!".

затем вы можете изменить свой код на что-то например:

points = points((abs(points(:,1)-vertex1(1)) > tolerance) | ...
                (abs(points(:,2)-vertex1(2)) > tolerance),:)

представление с плавающей запятой

хороший обзор чисел с плавающей запятой (и, в частности,стандарт IEEE 754 для арифметики с плавающей запятой) is Что Каждый Компьютерщик Должен Знать Об Арифметике С Плавающей Запятой Дэвид Голдберг.

двоичное число с плавающей запятой представляется тремя целыми числами: бит знака s, а мантисса (или коэффициент/дробь) b, и экспоненты e. для формата с плавающей запятой двойной точности, каждое число представлено 64 битами, выложенными в память следующим образом:

enter image description here

реальное значение можно найти по следующей формуле:

enter image description here

этот формат допускает представление чисел в диапазоне от 10^-308 до 10^308. Для MATLAB вы можете получить эти ограничения от realmin и realmax:

>> realmin
ans =
    2.225073858507201e-308
>> realmax
ans =
    1.797693134862316e+308

поскольку существует конечное число битов, используемых для представления числа с плавающей запятой, существует только так много конечных чисел, которые могут быть представлены в указанном выше диапазоне. Вычисления часто приводят к значению, которое точно не соответствует одному из этих конечных представлений, поэтому значения должны быть округлены. Эти ошибки машинной точности дают о себе знать в различных способов, как описано в приведенных выше примерах.

чтобы лучше понять эти ошибки округления, полезно посмотреть на относительную точность с плавающей запятой, обеспечиваемую функцией eps, который количественно определяет расстояние от заданного числа до следующего по величине представления с плавающей запятой:

>> eps(1)
ans =
     2.220446049250313e-16
>> eps(1000)
ans =
     1.136868377216160e-13

обратите внимание, что точность относительные к размеру данного числа, представленного; большие числа будут иметь больше расстояния между представлениями с плавающей запятой и, таким образом, будут иметь меньше цифр точности после десятичной точки. Это может быть важным соображением при некоторых расчетах. Рассмотрим следующий пример:

>> format long              % Display full precision
>> x = rand(1, 10);         % Get 10 random values between 0 and 1
>> a = mean(x)              % Take the mean
a =
   0.587307428244141
>> b = mean(x+10000)-10000  % Take the mean at a different scale, then shift back
b =
   0.587307428244458

обратите внимание, что при сдвиге значений x из серии [0 1] в серии [10000 10001], вычислить среднее, затем вычесть среднее смещение для сравнения, мы получаем значение, которое отличается для последних 3 значащих цифр. Это иллюстрирует, как смещение или масштабирование данных может изменить точность вычислений, выполняемых на нем, что необходимо учитывать при определенных проблемах.


посмотрите на эту статью:опасности плавающей точки. Хотя его примеры находятся в FORTRAN, он имеет смысл практически для любого современного языка программирования, включая MATLAB. Ваша проблема (и ее решение) описана в разделе "Безопасные сравнения".


тип

format long g

эта команда покажет полное значение числа. Скорее всего что-то вроде 24.00000021321 != 24.00000123124


попробуйте написать

0.1 + 0.1 + 0.1 == 0.3.

предупреждение: вы можете быть удивлены результатом!


возможно, эти два числа действительно 24.0 и 24.000000001, но вы не видите все десятичные знаки.


Проверьте функция EPS Matlab.

Matlab использует математику с плавающей запятой до 16 цифр точности (отображаются только 5).