该函数hypot
提供了数学表达式 √(x 2 + y 2 ) 的另一个近似值,就像浮点表达式是这个数学表达式的近似值一样。sqrt(x*x + y*y)
推荐使用该函数hypot
,因为它解决了浮点计算中存在的非常明显的缺陷,这些缺陷sqrt(x*x + y*y)
具有非常大或非常小的值。例如,如果x
仅比最大有限浮点值的平方根大一点,则sqrt(x*x + y*y)
总是产生,+inf
因为x*x
产生+inf
。
相比:
>>> x, y = 95E200, 168E200
>>> sqrt(x*x + y*y), hypot(x, y)
(inf, 1.93e+202)
>>> z, t = 95E-200, 168E-200
>>> sqrt(z*z + t*t), hypot(z, t)
(0.0, 1.93e-198)
对于这两个(分别非常大和非常小的)输入对,hypot
做得很好,而却sqrt(x*x + y*y)
是灾难性的错误。
当 naïve 版本sqrt(x*x + y*y)
工作得相当好时(当值x
和y
既不是很大也不是很小时),它可能比函数更准确,hypot
具体取决于 和 的x
值y
。可以预期它们都会产生与数学结果相差几个 ULP 的结果。但由于它们是通过不同方法获得的不同近似值,它们可能会有所不同(在最坏的情况下,相差两倍“几个 ULP”)。
一个典型的实现hypot(x, y)
是首先交换x
,y
如果有必要的话,它x
具有最大的量级,然后计算x * sqrt(1 + (y/x)*(y/x))
. 这解决了x*x
溢出的问题。作为副作用,这意味着即使没有溢出,结果也与 略有不同sqrt(x*x + y*y)
。
请注意,sqrt(x*x + y*y)
将其应用于小整数时通常会更精确(就像您在测试中所做的那样):何时x
和y
是小整数,x*x
并且y*y
它们的总和可以精确地计算为浮点值。如果这个和是一个整数的平方,浮点函数sqrt
只能计算这个整数。简而言之,在这种情况下,尽管是浮点计算,但从头到尾都是精确的。相比之下,hypot
上面的典型实现是从计算x/y
(在您的测试中95.0/168.0
)开始的,并且这个结果通常不能精确地表示为浮点值。第一步已经产生了一个近似值,这个近似值可能导致最终结果错误(就像在您的测试中一样)!
没有标准算法hypot
:只希望计算数学表达式 √(x 2 + y 2 ) 的良好近似值,同时避免上溢和下溢问题。本文展示了不同的实现,并指出我提到的流行实现会牺牲准确性以避免上溢和下溢(但本文还提供了一个浮点实现,hypot
它甚至比where更准确)。sqrt(x*x + y*y)
sqrt(x*x + y*y)