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我的算法课程教授给了我以下作业:

编写一个 C/C++ 程序,以 eps > 0 的给定精度计算欧拉数 (e) 的值。

提示:数字 e = 1 + 1/1!+1/2!+ ... + 1 / n!+ ... = 2.7172 ... 可以计算为序列 x_0, x_1, x_2, ... 的元素之和,其中 x_0 = 1, x_1 = 1+ 1/1 !, x_2 = 1 + 1/ 1!+1/2 !, ...,只要条件 |x_(i+1) - x_i|,求和就会继续 >= eps 是有效的。

正如他进一步解释的那样,eps 是算法的精度。例如,精度可以是 1/100 |x_(i + 1) - x_i| = ( x_(i+1) - x_i ) 的绝对值

目前,我的程序如下所示:

#include<iostream>
#include<cstdlib>
#include<math.h>
#include<vector>

// Euler's number

using namespace std;

double factorial(double n)
{
    double result = 1;
    for(double i = 1; i <= n; i++)
    {
        result = result*i;

    }
    return result;
}

int main()
{
    long double euler = 2;
    long double counter = 2;
    float epsilon = 2;
    do
    {
        euler+= pow(factorial(counter), -1);
        counter++;
    }
    while( (euler+1) - euler >= epsilon);
    cout << euler << endl;
    return 0;
}

当我实现停止条件 |x_(i+1) - x_i| 时问题就来了 > = eps (line where is while( (euler+1) - euler >= epsilon);) 输出是 2.5 而不是 2.71828

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2 回答 2

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|x_(i+1) - x_i| > = eps表示“ ( ) 的下一个值与 ( ) 的当前值之间的距离大于xx_(i+1)等于epsilon ” 。xx_i

您的代码正在添加一个x检查一个非常不同的条件:

(euler+1) - euler >= epsilon

这意味着:“迭代直到euler + 1不是下一个值euler!)减去当前值是......”,这与原始条件非常不同。此外,(euler+1) - euler == 1, 所以您正在检查是否epsilon小于常数 1。

于 2021-01-12T18:02:43.060 回答
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OP 在他们尝试的实现中都遗漏了几件事。

  • 只要条件|x i+1 - x i |求和就会继续。>= eps是有效的。

    现在,如果我们考虑发布的系列,这种差异是什么样的?

    x 0 = 1,x 1 = 1 + 1 / 1!,x 2 = 1 + 1/1!+1/2!, ...
    |x 1 - x 0 | = 1 / 1!, |x 2 - x 1 | = 1 / 2!, ..., |x i - x i - 1 | = 1 / 我!

    使条件变为1 / i! >= 每股收益

  • 该函数factorial在每次迭代中多次调用,而我们可以通过几个操作轻松计算欧拉数的新近似值

    项 /= ++i
    欧拉 += 项

通过 输出浮点数时operator<<,用默认位数表示。要查看更多,我们可以使用输入/输出操纵器,例如std::setprecision. 这不会影响该数字的内部表示,也不会影响涉及它的任何计算的实际精度,它只是一个格式说明符。

浮点类型的精度(和范围)double是有限的,而阶乘增长非常快。在某个时候,1/i!将非常小,以至于euler += 1/i!在数值上等于 的先前值euler。参见例如以下结果,使用double变量获得

 1   2
 2   2.5
 3   2.666666666666666518636930049979127943515777587890625
 4   2.70833333333333303727386009995825588703155517578125
 5   2.716666666666666341001246109954081475734710693359375
 6   2.718055555555555447000415369984693825244903564453125
 7   2.71825396825396836675281520001590251922607421875
 8   2.718278769841270037233016410027630627155303955078125
 9   2.71828152557319224769116772222332656383514404296875
10   2.718281801146384513145903838449157774448394775390625
11   2.71828182619849290091451621265150606632232666015625
12   2.71828182828616871091753637301735579967498779296875
13   2.718281828446759362805096316151320934295654296875
14   2.71828182845823018709552343352697789669036865234375
15   2.718281828458994908714885241352021694183349609375
16   2.7182818284590428703495490481145679950714111328125
17   2.71828182845904553488480814849026501178741455078125
18   2.71828182845904553488480814849026501178741455078125
19   2.71828182845904553488480814849026501178741455078125
20   2.71828182845904553488480814849026501178741455078125

     2.718281828459045090795598298427648842334747314453125    <--- std::numbers::e

请注意,计算值 和 之间的差异std::numbers::e大约是 +4.4e-16(它实际上是下一个可表示的double值)。

完整的代码(以及所有需要的初始化)留给读者编写。

于 2021-01-12T21:50:08.203 回答