- html - 出于某种原因,IE8 对我的 Sass 文件中继承的 html5 CSS 不友好?
- JMeter 在响应断言中使用 span 标签的问题
- html - 在 :hover and :active? 上具有不同效果的 CSS 动画
- html - 相对于居中的 html 内容固定的 CSS 重复背景?
我正在尝试编写一个程序来计算 exp(-x) 和 exp(x) 的泰勒级数最多 200 次迭代,对于大 x。 (exp(x)=1+x+x^2/2+...).
我的程序非常简单,看起来应该可以完美运行。然而,它对 exp(-x) 发散,但对 exp(+x) 收敛得很好。到目前为止,这是我的代码:
long double x = 100.0, sum = 1.0, last = 1.0;
for(int i = 1; i < 200; i++) {
last *= x / i; //multiply the last term in the series from the previous term by x/n
sum += last; //add this new last term to the sum
}
cout << "exp(+x) = " << sum << endl;
x = -100.0; //redo but now letting x<0
sum = 1.0;
last = 1.0;
for(int i = 1; i < 200; i++) {
last *= x / i;
sum += last;
}
cout << "exp(-x) = " << sum << endl;
当我运行它时,我得到以下输出:
exp(+x) = 2.68811691354e+43
exp(-x) = -8.42078025179e+24
当实际值为:
exp(+x) = 2.68811714182e+43
exp(-x) = 3.72007597602e-44
如您所见,它对正计算工作得很好,但对负计算却不行。有没有人知道为什么舍入误差会因为仅在每个其他项上加上一个负数而变得如此错误?另外,有什么我可以实现的来解决这个问题吗?
提前致谢!
最佳答案
我认为这实际上与浮点逼近误差没有任何关系,我认为还有另一个更重要的误差源。
正如您自己所说,您的方法非常简单。您正在 x=0
对该函数进行泰勒级数逼近,然后在 x=-100
对其求值。
您实际期望这种方法有多准确,为什么?
在高层次上,您应该只期望您的方法在 x=0
附近的一个狭窄区域是准确的。泰勒近似定理告诉你,例如如果您采用 N
系列中的 x=0
项,您的近似值至少对 O(|x|)^(N+1)
是准确的。所以如果你有 200 个术语,你应该准确到例如在 10^(-60)
范围内或在 [-0.5, 0.5]
范围内。但是在 x=100
中,泰勒定理只会给你一个非常糟糕的界限。
从概念上讲,您知道随着 e^{-x}
趋于负无穷大,x
趋于零。但是你的近似函数是一个固定次数的多项式,任何非常数多项式都趋向于渐进地加无穷大或负无穷大。因此,如果您考虑 x
的整个可能值范围,则相对误差必须是无界的。
所以简而言之,我认为您应该重新考虑您的方法。您可能会考虑的一件事是,仅对满足 x
的 -0.5f <= x <= 0.5f
值使用泰勒级数方法。对于任何大于 x
的 0.5f
,您尝试将 x
除以二并递归调用该函数,然后对结果进行平方。或者类似这样的东西。
为了获得最佳结果,您可能应该使用既定方法。
编辑:
我决定编写一些代码,看看我的想法实际效果如何。它似乎与 x = -10000
到 x = 10000
范围内的 C 库实现完美匹配,至少与我显示的精度一样多。 :)
另请注意,即使 x
的值大于 100,我的方法也是准确的,其中泰勒级数方法实际上也在正端失去了准确性。
#include <cmath>
#include <iostream>
long double taylor_series(long double x)
{
long double sum = 1.0, last = 1.0;
for(int i = 1; i < 200; i++) {
last *= x / i; //multiply the last term in the series from the previous term by x/n
sum += last; //add this new last term to the sum
}
return sum;
}
long double hybrid(long double x)
{
long double temp;
if (-0.5 <= x && x <= 0.5) {
return taylor_series(x);
} else {
temp = hybrid(x / 2);
return (temp * temp);
}
}
long double true_value(long double x) {
return expl(x);
}
void output_samples(long double x) {
std::cout << "x = " << x << std::endl;
std::cout << "\ttaylor series = " << taylor_series(x) << std::endl;
std::cout << "\thybrid method = " << hybrid(x) << std::endl;
std::cout << "\tlibrary = " << true_value(x) << std::endl;
}
int main() {
output_samples(-10000);
output_samples(-1000);
output_samples(-100);
output_samples(-10);
output_samples(-1);
output_samples(-0.1);
output_samples(0);
output_samples(0.1);
output_samples(1);
output_samples(10);
output_samples(100);
output_samples(1000);
output_samples(10000);
}
输出:
$ ./main
x = -10000
taylor series = -2.48647e+423
hybrid method = 1.13548e-4343
library = 1.13548e-4343
x = -1000
taylor series = -2.11476e+224
hybrid method = 5.07596e-435
library = 5.07596e-435
x = -100
taylor series = -8.49406e+24
hybrid method = 3.72008e-44
library = 3.72008e-44
x = -10
taylor series = 4.53999e-05
hybrid method = 4.53999e-05
library = 4.53999e-05
x = -1
taylor series = 0.367879
hybrid method = 0.367879
library = 0.367879
x = -0.1
taylor series = 0.904837
hybrid method = 0.904837
library = 0.904837
x = 0
taylor series = 1
hybrid method = 1
library = 1
x = 0.1
taylor series = 1.10517
hybrid method = 1.10517
library = 1.10517
x = 1
taylor series = 2.71828
hybrid method = 2.71828
library = 2.71828
x = 10
taylor series = 22026.5
hybrid method = 22026.5
library = 22026.5
x = 100
taylor series = 2.68812e+43
hybrid method = 2.68812e+43
library = 2.68812e+43
x = 1000
taylor series = 3.16501e+224
hybrid method = 1.97007e+434
library = 1.97007e+434
x = 10000
taylor series = 2.58744e+423
hybrid method = 8.80682e+4342
library = 8.80682e+4342
编辑:
对于感兴趣的人:
关于原始程序中浮点错误的严重程度,评论中提出了一些问题。我最初的假设是它们可以忽略不计——我做了一个测试,看看这是不是真的。事实证明这不是真的,并且存在重大的浮点错误,但即使没有浮点错误,泰勒级数本身也会引入重大错误。 x=-100
中 200 项的泰勒级数的真实值似乎接近 -10^{24}
,而不是 10^{-44}
。我使用 boost::multiprecision::cpp_rational
检查了这一点,它是建立在任意精度整数类型之上的任意精度有理数类型。
输出:
x = -100
taylor series (double) = -8.49406e+24
(rational) = -18893676108550916857809762858135399218622904499152741157985438973568808515840901824148153378967545615159911801257288730703818783811465589393308637433853828075746484162303774416145637877964256819225743503057927703756503421797985867950089388433370741907279634245166982027749118060939789786116368342096247737/2232616279628214542925453719111453368125414939204152540389632950466163724817295723266374721466940218188641069650613086131881282494641669993119717482562506576264729344137595063634080983904636687834775755173984034571100264999493261311453647876869630211032375288916556801211263293563
= -8.46257e+24
library = 3.72008e-44
x = 100
taylor series (double) = 2.68812e+43
(rational) = 36451035284924577938246208798747009164319474757880246359883694555113407009453436064573518999387789077985197279221655719227002367495061633272603038249747260895707250896595889294145309676586627989388740458641362406969609459453916777341749316070359589697827702813520519796940239276744754778199440304584107317957027129587503199/1356006206645357299077422810994072904566969809700681604285727988319939931024001696953196916719184549697395496290863162742676361760549235149195411231740418104602504325580502523311497039304043141691060121240640609954226541318710631103275528465092597490136227936213123455950399178299
= 2.68812e+43
library = 2.68812e+43
代码:
#include <cmath>
#include <iostream>
#include <boost/multiprecision/cpp_int.hpp>
typedef unsigned int uint;
typedef boost::multiprecision::cpp_rational rational;
// Taylor series of exp
template <typename T>
T taylor_series(const T x) {
T sum = 1, last = 1;
for (uint i = 1; i < 200; i++) {
last = last * (x / i);
sum = sum + last;
}
return sum;
}
void sample(const int x) {
std::cout << "x = " << x << std::endl;
long double e1 = taylor_series(static_cast<long double>(x));
std::cout << "\ttaylor series (double) = " << e1 << std::endl;
rational e2 = taylor_series(static_cast<rational>(x));
std::cout << "\t (rational) = " << e2 << std::endl;
std::cout << "\t = " << static_cast<long double>(e2) << std::endl;
std::cout << "\tlibrary = " << expl(static_cast<long double>(x)) << std::endl;
}
int main() {
sample(-100);
sample(100);
}
关于c++ - exp(-x) 和 exp(+x) 之间的泰勒级数差异,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/32365109/
问题故障解决记录 -- Java RMI Connection refused to host: x.x.x.x .... 在学习JavaRMI时,我遇到了以下情况 问题原因:可
我正在玩 Rank-N-type 并尝试输入 x x .但我发现这两个函数可以以相同的方式输入,这很不直观。 f :: (forall a b. a -> b) -> c f x = x x g ::
这个问题已经有答案了: How do you compare two version Strings in Java? (31 个回答) 已关闭 8 年前。 有谁知道如何在Java中比较两个版本字符串
这个问题已经有答案了: How do the post increment (i++) and pre increment (++i) operators work in Java? (14 个回答)
下面是带有 -n 和 -r 选项的 netstat 命令的输出,其中目标字段显示压缩地址 (127.1/16)。我想知道 netstat 命令是否有任何方法或选项可以显示整个目标 IP (127.1.
我知道要证明 : (¬ ∀ x, p x) → (∃ x, ¬ p x) 证明是: theorem : (¬ ∀ x, p x) → (∃ x, ¬ p x) := begin intro n
x * x 如何通过将其存储在“auto 变量”中来更改?我认为它应该仍然是相同的,并且我的测试表明类型、大小和值显然都是相同的。 但即使 x * x == (xx = x * x) 也是错误的。什么
假设,我们这样表达: someIQueryable.Where(x => x.SomeBoolProperty) someIQueryable.Where(x => !x.SomeBoolProper
我有一个字符串 1234X5678 我使用这个正则表达式来匹配模式 .X|..X|X. 我得到了 34X 问题是为什么我没有得到 4X 或 X5? 为什么正则表达式选择执行第二种模式? 最佳答案 这里
我的一个 friend 在面试时遇到了这个问题 找到使该函数返回真值的 x 值 function f(x) { return (x++ !== x) && (x++ === x); } 面试官
这个问题在这里已经有了答案: 10年前关闭。 Possible Duplicate: Isn't it easier to work with foo when it is represented b
我是 android 的新手,我一直在练习开发一个针对 2.2 版本的应用程序,我需要帮助了解如何将我的应用程序扩展到其他版本,即 1.x、2.3.x、3 .x 和 4.x.x,以及一些针对屏幕分辨率
为什么案例 1 给我们 :error: TypeError: x is undefined on line... //case 1 var x; x.push(x); console.log(x);
代码优先: # CASE 01 def test1(x): x += x print x l = [100] test1(l) print l CASE01 输出: [100, 100
我正在努力温习我的大计算。如果我有将所有项目移至 'i' 2 个空格右侧的函数,我有一个如下所示的公式: (n -1) + (n - 2) + (n - 3) ... (n - n) 第一次迭代我必须
给定 IP 字符串(如 x.x.x.x/x),我如何或将如何计算 IP 的范围最常见的情况可能是 198.162.1.1/24但可以是任何东西,因为法律允许的任何东西。 我要带198.162.1.1/
在我作为初学者努力编写干净的 Javascript 代码时,我最近阅读了 this article当我偶然发现这一段时,关于 JavaScript 中的命名空间: The code at the ve
我正在编写一个脚本,我希望避免污染 DOM 的其余部分,它将是一个用于收集一些基本访问者分析数据的第 3 方脚本。 我通常使用以下内容创建一个伪“命名空间”: var x = x || {}; 我正在
我尝试运行我的test_container_services.py套件,但遇到了以下问题: docker.errors.APIError:500服务器错误:内部服务器错误(“ b'{” message
是否存在这两个 if 语句会产生不同结果的情况? if(x as X != null) { // Do something } if(x is X) { // Do something } 编
我是一名优秀的程序员,十分优秀!