Long Luo's Life Notes

每一天都是奇迹

By Long Luo

挖坑

假如你知道浮点数的话,你就知道为什么了!

按照 IEEE 754 浮点数标准 制定的 浮点数运算法则, float 类型的单精度浮点数 的尾数部分有 \(\large {23}\) 位二进制数,如下图所示:

IEEE_754_Single_Floating_Point_Format

在十进制下,大致相当于 \(\large {\log_{10}{2^{23}} = 23 \cdot \log {2} \approx 23 \times 0.301 \approx 6.9}\) ,有效数字大约有 \(\large {7}\) 位。

所以当 \(\large {x = 1000001}\) 时,我们应该使用 double 类型的双精度浮点数 [^12] ,这样才能保证结果有足够的精度

双精度浮点数的尾数部分有 \(\large {52}\) 位,如下图所示:

IEEE_754_Double_Floating_Point_Format

在十进制中大致相当于 \(\large {\log_{10}{2^{52}} = 52 \cdot \log {2} \approx 52 \times 0.301 \approx 15.6}\) ,也就是说当 \(\large {x}\) 有效数字是 \(\large {[7, 15]}\) 时,我们应该使用 double 类型的双精度浮点数可以保证精度!

但这仍然有个问题,那就是 \(\large {x}\) 有效数字 超过 \(\large {15}\) 位,应该怎么办?

参考文献

  1. IEEE 754
  2. Floating-point arithmetic
  3. Single-precision floating-point format
  4. Double-precision floating-point format

By Long Luo

之前写过一篇介绍 CORDIC 算法 1 的文章,里面提到 CORDIC 算法的 不足 之处,CORDIC 算法的输入角度范围需要在 \([−99.88^{\circ} , 99.88^{\circ}]\) ,那么我们不禁要问,如果输入角度 \(\large {\theta }\) 很大的话,怎么处理呢?

这个问题同样存在于 泰勒展开式(Taylor series) 2 中,比如 \(\large {\sin (x) }\)\(\large {\cos (x) }\) 的泰勒展开式:

\[ \sin(x) = x - \frac {1}{3!}x^3 + \frac {1}{5!}x^5 - \frac {1}{7!} x^7 + \frac {1}{9!} x^9 + o(x^9) \quad \forall x \subset \mathbb{R} \]

\[ \cos(x) = 1 - \frac {1}{2!}x^2 + \frac {1}{4!}x^4 - \frac {1}{6!} x^6 + \frac {1}{8!} x^8 + o(x^8) \quad \forall x \subset \mathbb{R} \]

虽然在整个实数集 \(\large { \mathbb{R}}\) 都成立,但是在实际应用中因为展开项数限制和浮点数的精度限制, \(\large {x}\) 的范围只有在接近 \(\large {0}\) 的时候才有比较高的精度。

但是实际应用中,如果输入 \(\large {x}\) 很大的话,比如 \(\large {2^{32}, 10^{10}, 10^{22} \dots }\) 情况下怎么得到足够精确的值呢?

中学里我们知道三角函数是周期函数,对于比较大的值,我们可以使用下面的公式将值归约到一个比较小的范围内。

\[ x' = x - 2k \pi \quad k \subset \mathbb{Z} \]

这就是我们今天要讲的 参数归约(Argument Reduction) 算法。

从小学计算题开始

参数归约 听起来就很唬人,什么是参数啊,什么归约啊,都是些高大上的名词,听起来云里雾里的!

为了不让大家产生厌倦和畏难心理,我们先从一道小学数学计算题开始:

不借助计算器,计算 \(\large {66600 \times 666000}\) 的值!

对于这道题,大家可能会列出下列算术:

\[ 66600 \times 666000 = 666 \times 666 \times 100000 = 44355600000 \]

但其实呢,我们也可以使用下面的方法:

\[ \begin{aligned} 66600 \times 666000 &= 111^2 \times 4 \times 9 \times 10^5 \\&= 444 \times 999 \times 10^5 \\&= 444 \times (1000 - 1) \times 10^5 \\&= 4443556 \times 10^5 \end{aligned} \]

如果我说上面这 \(\large {2}\) 种方法都用到了参数归约的思想,你可能会感到震惊,什么?这种小学计算题也用到了参数归约算法吗?

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By Long Luo

这篇文章部分内容还在优化,Demo 还在继续开发,大概还需要 7 - 8 小时写作时间。

无限猴子定理(英语:Infinite monkey theorem)

让一只猴子在打字机上随机地按键,当按键时间达到无穷时,几乎必然能够打出任何给定的文字,比如莎士比亚的全套著作。

在这里,几乎必然是一个有特定含义的数学术语,“猴子”也不是一只真正意义上的猴子,它被用来比喻成一个可以产生无限随机字母序列的抽象设备。这个理论说明把一个很大但有限的数看成无限的推论是错误的。猴子精确地通过键盘敲打出一部完整的作品比如说莎士比亚的哈姆雷特,在宇宙的生命周期中发生的概率也是极其低的,但并不是零。

遗传算法(Genetic Algorithm) 1 是一种元启发式搜索和优化技术,借鉴了生物进化中的自然选择和遗传机制。它已经在各个领域展示出了强大的应用潜力。本文将介绍遗传算法的发展历史、原理、示例,以及其广泛应用和不足之处。

发展历史

遗传算法的发展可以追溯到上世纪60年代的约翰·荷兰德(John Holland)和他的同事们的工作。他们首先提出了基因型与表现型之间的映射关系,并通过模拟生物进化过程来解决复杂的优化问题。

原理

遗传算法的核心原理是模拟自然进化的过程。它通过定义适应度函数来评估候选解的质量,并利用遗传操作(选择、交叉和变异)对候选解进行迭代改进。具体而言,算法从一个初始种群开始,通过选择适应度较高的个体作为父代,进行交叉和变异操作产生新的后代个体,然后通过评估适应度来选择出下一代个体。这个过程不断迭代,直到找到满足特定条件的优秀解。

It’s never too late

举个例子

目前参考网络资源写了一个简单的Demo,地址:http://longluo.me/projects/genetic

这个例子还有待完善!

Genetic Algorithm

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