4

对于需要确定性并在不同平台(编译器)上提供相同结果的程序,不能使用内置三角函数,因为计算它的算法在不同系统上是不同的。经测试,结果值不同。

(编辑:结果需要与在所有客户端上运行的游戏模拟中使用的最后一位完全相同。这些客户端需要具有完全相同的模拟状态才能使其工作。任何小的随着时间的推移,错误可能会导致越来越大的错误,并且游戏状态的 crc 被用作同步检查)。

所以我想出的唯一解决方案是使用我们自己的自定义代码来计算这些值,问题是,(令人惊讶的是)很难为所有三角函数集找到任何易于使用的源代码。

这是我对 sin 函数获得的代码 ( https://codereview.stackexchange.com/questions/5211/sine-function-in-cc ) 的修改。它在所有平台上都是确定性的,其值与标准 sin 的值几乎相同(均经过测试)。

#define M_1_2_PI 0.159154943091895335769 // 1 / (2 * pi)

double Math::sin(double x)
{
  // Normalize the x to be in [-pi, pi]
  x += M_PI;
  x *= M_1_2_PI;
  double notUsed;
  x = modf(modf(x, &notUsed) + 1, &notUsed);
  x *= M_PI * 2;
  x -= M_PI;

  // the algorithm works for [-pi/2, pi/2], so we change the values of x, to fit in the interval,
  // while having the same value of sin(x)
  if (x < -M_PI_2)
    x = -M_PI - x;
  else if (x > M_PI_2)
    x = M_PI - x;
  // useful to pre-calculate
  double x2 = x*x;
  double x4 = x2*x2;

  // Calculate the terms
  // As long as abs(x) < sqrt(6), which is 2.45, all terms will be positive.
  // Values outside this range should be reduced to [-pi/2, pi/2] anyway for accuracy.
  // Some care has to be given to the factorials.
  // They can be pre-calculated by the compiler,
  // but the value for the higher ones will exceed the storage capacity of int.
  // so force the compiler to use unsigned long longs (if available) or doubles.
  double t1 = x * (1.0 - x2 / (2*3));
  double x5 = x * x4;
  double t2 = x5 * (1.0 - x2 / (6*7)) / (1.0* 2*3*4*5);
  double x9 = x5 * x4;
  double t3 = x9 * (1.0 - x2 / (10*11)) / (1.0* 2*3*4*5*6*7*8*9);
  double x13 = x9 * x4;
  double t4 = x13 * (1.0 - x2 / (14*15)) / (1.0* 2*3*4*5*6*7*8*9*10*11*12*13);
  // add some more if your accuracy requires them.
  // But remember that x is smaller than 2, and the factorial grows very fast
  // so I doubt that 2^17 / 17! will add anything.
  // Even t4 might already be too small to matter when compared with t1.

  // Sum backwards
  double result = t4;
  result += t3;
  result += t2;
  result += t1;

  return result;
}

但我没有找到任何适合其他功能的东西,比如 asin、atan、tan(除了 sin/cos)等。

这些函数没有标准函数那么精确,但至少有 8 个数字会很好。

4

4 回答 4

4

“经过测试,结果值不同。”

有多大的不同才足够重要?您声称需要 8 位有效(十进制?)数字的协议。我不相信您在任何符合ISO/IEC 10967-3:2006 §5.3.2 的实现中发现的比这更少。

你知道十亿分之一的三角误差是多么微不足道吗?在地球轨道大小的圆上,它将不到 3 公里。除非您计划前往火星并使用不合标准的实施方式,否则您声称的“不同”并不重要。

添加以回应评论:

每个程序员都应该知道的关于浮点运算的知识。阅读。严重地。

既然你声称:

  1. 精度不如位平等重要
  2. 您只需要 8 位有效数字

那么您应该将您的值截断为 8 位有效数字。

于 2014-05-26T20:39:44.057 回答
3

我想最简单的方法是选择一个实现所需数学函数的自由运行时库:

并且只使用他们的实现。请注意,上面列出的是公共领域或 BSD 许可或其他一些自由许可。如果您使用代码,请确保遵守许可证。

于 2014-05-27T07:45:20.193 回答
2

可以用泰勒级数(其实好像是你用的,可能不知道)

看看维基百科(或其他任何地方): https ://en.wikipedia.org/wiki/Taylor_series

您在这里有最常见函数的列表(exp、log、cos、sin 等......)https://en.wikipedia.org/wiki/Taylor_series#List_of_Maclaurin_series_of_some_common_functions 但通过一些数学知识,您可以找到/计算几乎所有内容(好吧显然不是一切,但......)

一些例子(还有很多其他的)

泰勒1

笔记:

  1. 您添加的术语越多,您的精度就越高。
  2. 我认为这不是计算所需内容的最有效方法,但它是一种非常“简单”的方法(我的意思是)
  3. 如果factorial(n)您决定使用该功能,它可能会非常有用

我希望它会有所帮助。

于 2014-05-26T19:24:52.730 回答
0

我建议研究使用查找表和线性/双三次插值。

这样您就可以精确控制每个点的值,而不必执行大量的乘法运算。

反正 sin/cos 函数的泰勒展开很烂

spring rts 与这种不同步错误斗争了很长时间:尝试在他们的论坛上发帖,没有多少老开发人员留下,但那些做的人应该仍然记得问题和修复。

在这个线程http://springrts.com/phpbb/viewtopic.php?f=1&t=8265他们专门讨论了 libm 确定性(但不同的操作系统可能有不同的 libc 有细微的优化差异,所以你需要采取这种方法并抛出图书馆)

于 2014-05-28T11:28:48.887 回答