编程之美:精确表达浮点数

题目来自编程之美

题目:

《编程之美:精确表达浮点数》

举例:

0.3333(3333) = 1/3

0.285714(285714) = 2/7

0.3(000) = 3/10

0.25 = 1/4

思路:

拿到这样一个问题,我们往往会从最简单的情况入手,因为所有的小数都可以分解成一个整数和一个纯小数之和,不妨只考虑大于0,小于1的纯小数,而且暂时不考虑分子和分母的约分,先设法将其表示为分数形式,然后再进行约分。题目中输入的小数,要么为有限小数X=0.a1a2…an,要么为无限循环小数X=0.a1a2…an(b1b2…bm),X的表示式中的字母a1a2…an,b1b2…bm都是0~9的数字,括号部分(b1b2…bm)表示循环节,我们需要处理的就是以上两种情况。

 

对于有限小数X=0.a1a2…an来说,这个问题比较简单,X就等于(a1a2…an)/10^n。 

对于无限循环小数X=0.a1a2…an(b1b2…bm)来说,其复杂部分在于小数点后同时有非循环部分和循环部分,我们可以做如下的转换:

X=0.a1a2…an(b1b2…bm)

=>10^n*X=a1a2…an.(b1b2…bm)

=>10^n*X=a1a2…an+0.(b1b2…bm)

=>X=(a1a2…an+0.(b1b2…bm))/10^n

 

对于整数部分a1a2…an,不需要做额外处理,只需要把小数部分转化为分数形式再加上这个整数即可。对于后面的无限循环部分,可以采用如下方式进行处理: 

令Y=0.b1b2…bm,那么

10^m*Y=b1b2…bm.(b1b2…bm)

=>10^m*Y=b1b2…bm+0.(b1b2…bm)

=>10^m*Y-Y=b1b2…bm

=>Y=b1b2…bm/(10^m-1)

 

将Y代入前面的X的等式可得:

X=(a1a2…an+Y)/10^n

=(a1a2…an+b1b2…bm/(10^m-1))/10^n

=((a1a2…an)*(10^m-1)+(b1b2…bm))/((10^m-1)*10^n)

 

至此,便可以得到任意一个有限小数或无限循环小数的分数表示,但是此时分母未必是最简的,接下来的任务就是让分母最小,即对分子和分母进行约分,这个相对比较简单。对于任意一个分数A/B,可以简化成(A/Gcd(A,B))/(B/Gcd(A,B)),其中Gcd函数为求A和B的最大公约数,这就涉及本书中的算法(2.7节“最大公约数问题”),其中有很巧妙的解法,请读者阅读具体的章节,这里就不再赘述。

 

综上所述,先求得小数的分数表示方式,再对其分子分母进行约分,便能够得到分母最小的分数表现形式。

 

例如,对于小数0.3(33),根据上述方法,可以转化为分数:

0.3(33)

=(3*(10^2-1)+33)/((10^2-1)*10)

=(3*99+33)/990

=1/3

 

对于小数0.285714(285714),我们也可以算出:

0.285714(285714)

=(285714*(10^6-1)+285714)/((10^6-1)*10^6)

=(285714*999999+285714)/999999000000

=285714/999999

=2/7

 

代码:

    代码的实现,

    1、有无限循环部分。主要通过对string进行处理,获得循环和非循环部分,然后通过atoi函数来实现字符串到整形数组的转换。

    最后通过上面的推导的公式来实现求分数,然而分数要求简化,那么我们需要对分子和分母同时除以最大公约数,gcd(a,b).

   2、只有有限部分。直接求解。


 C++ Code 

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#include <iostream>
#include <string>
#include <assert.h>
#include <math.h>
using  namespace std;

long  long Gcd( long  long x,  long  long y)
{
     if (y > x)
    {
         return Gcd(y, x);  /*要求x > y*/
    }
     return y ==  0 ? x : Gcd(y, x – y);
}

void RepresentExactly(string strNum)
{
    assert(strNum !=  “”);

    string strLimited;
    string strUnLimited;

     int nLenLimited =  0;
     int nLenUnLimited =  0;

     long  long llMolecule =  0;
     long  long llDenominator =  0;

     int nLimited =  0;
     int nUnLimited =  0;

     long  long llGcd =  0;

     double x =  10; //指数的底数

    string::size_type Start = strNum.find( ‘(‘);
     if (Start != strNum.npos) //找到
    {
        string::size_type End = strNum.find( ‘)’, Start);
         //取出两部分字符串
        strLimited = strNum.substr( 2, Start –  2);
        strUnLimited = strNum.substr(Start +  1, End – Start –  1);
         //获得两部分字符串的长度
        nLenLimited = strLimited.size();
        nLenUnLimited = strUnLimited.size();
        assert(nLenLimited >  0 && nLenUnLimited >  0);
         //获得两部分字符串对应的整数
        nLimited = atoi(strLimited.c_str());
        nUnLimited = atoi(strUnLimited.c_str());
         //求对应分数的分子和分母
        llMolecule =  static_cast< long  long>(nLimited * (pow(x, nLenUnLimited) –  1) + nUnLimited);
        llDenominator =  static_cast< long  long>(pow(x, nLenLimited) * (pow(x, nLenUnLimited) –  1));
        llGcd = Gcd(llMolecule, llDenominator);
        cout << llMolecule / llGcd <<  ” / “ << llDenominator / llGcd << endl;
    }
     else
    {
        strLimited = strNum.substr( 2);
        nLenLimited = strLimited.size();
        llMolecule = atoi(strLimited.c_str());
        llDenominator =  static_cast< long  long>(pow(x, nLenLimited));
        llGcd = Gcd(llMolecule, llDenominator);
        cout << llMolecule / llGcd <<  ” / “ << llDenominator / llGcd << endl;
    }

}

int main()
{
     //string str = “0.3333(3333)”;
     //string str = “0.285714(285714)”;
     //string str = “0.33(3)”;
     //string str = “0.3(000)”;
    string str =  “0.25”;
     //string str = “0.30”;
    RepresentExactly(str);
    system( “pause”);
     return  1;
}

    原文作者:五山小新新
    原文地址: https://blog.csdn.net/Al_xin/article/details/38871421
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