数值计算中的原则
避免两个相近的数相减
如上图所示,因为(x)和(y)非常相近,所以(x-y << 0),而(x - y)又位于分母,所以会导致误差变得非常大。要避免的另一方面的原因是,会导致有效数字位数大量减少,而我们要尽量保证有效数字多。
例题:
可以看到第二个解有效数字太少,那么就需要改变算法:
这里“根与系数”的关系指的是:
[x_1 + x_2 = -frac{b}{a}\
x_1 imes x_2 = frac{c}{a}
]
防止大数“吃掉”小数
吃掉即,与小数的计算过程对最终结果不起作用。
例子:
这是因为这里的变量使用了8位来储存,因为在转换到同一个量级的时候,两个小数都要被转换成9位,导致最后一位溢出,最终变成(0.0 imes 10^8),从而导致结果出错,小数被“吃掉”。这个问题是由计算机的存储数据的方式造成的。
解决方法:
绝对值太小的数不宜作除数
如果商特别大,下面继续加减乘除运算的时候可能会出现“大数吃掉小数”。
例如,如果这里的y
恰好就是那个很小的数,那么就可能导致商绝对误差很大。
注意简化计算程序,减少计算次数
每一步计算都可能出现舍入误差,所以步骤太多的话可能会导致误差过大。
可以转换成下图公式:
选用数值稳定性好的算法
例题:求积分
可以看到第一步就出现了舍入误差,接着积累下去: