Julia-整數和浮點數

整數和浮點值是算術和計算的基礎。這些數值的內置表示被稱作原始數值類型(numeric primitive),且整數和浮點數在代碼中作爲立即數時稱作數值字面量(numeric literal)。例如,1 是個整型字面量,1.0 是個浮點型字面量,它們在內存中作爲對象的二進制表示就是原始數值類型。

Julia 提供了很豐富的原始數值類型,並基於它們定義了一整套算術操作,還提供按位運算符以及一些標準數學函數。這些函數能夠直接映射到現代計算機原生支持的數值類型及運算上,因此 Julia 可以充分地利用運算資源。此外,Julia 還爲任意精度算術提供了軟件支持,對於無法使用原生硬件表示的數值類型,Julia 也能夠高效地處理其數值運算。當然,這需要相對的犧牲一些性能。

整型

整型總體上包括有符號型和無符號型,其中這兩大類包括8、16、32、62、128和BigInt和還有bool。分別表示二進制位數。BigInt是高精度整型,他的數字表示範圍無窮大。

類型 帶符號? 比特數 最小值 最大值
Int8 8 -2^7 2^7 - 1
UInt8   8 0 2^8 - 1
Int16 16 -2^15 2^15 - 1
UInt16   16 0 2^16 - 1
Int32 32 -2^31 2^31 - 1
UInt32   32 0 2^32 - 1
Int64 64 -2^63 2^63 - 1
UInt64   64 0 2^64 - 1
Int128 128 -2^127 2^127 - 1
UInt128   128 0 2^128 - 1
Bool N/A 8 false (0)

true (1)

 

浮點類型

浮點型分爲半精度Float16、單精度Float32和雙精度Float64。

 

類型 精度 比特數
Float16 half 16
Float32 single 32
Float64 double 64

 


整數字面量以標準形式表示:

julia> 1
1

julia> 1234
1234

整型字面量的默認類型取決於目標系統是 32 位還是 64 位架構:

# 32 位系統:
julia> typeof(1)
Int32

# 64 位系統:
julia> typeof(1)
Int64
  • 十六進制數以0x開頭
  • 八進制數以0b開頭
  • 二進制數以0o開頭
  • typemax和typemin函數分別用來返回某個類型的最大最小數

超出一個類型可表示的最大值會溢出。

julia> x = typemax(Int64)
9223372036854775807

julia> x + 1
-9223372036854775808

julia> x + 1 == typemin(Int64)
true

除法錯誤

有兩種情況會產生除法錯誤:除以零和-1除以最小的負數,都會拋出一個DividError錯誤。

浮點數

浮點數字面量也使用標準格式表示,必要時可使用 E-表示法

julia> 1.0
1.0

julia> 1.
1.0

julia> 0.5
0.5

julia> .5
0.5

julia> -1.23
-1.23

julia> 1e10
1.0e10

julia> 2.5e-4
0.00025

上面的結果都是 Float64 值。使用 f 替代 e 可以得到 Float32 的字面量:

julia> 0.5f0
0.5f0

julia> typeof(ans)
Float32

julia> 2.5f-4
0.00025f0

數值容易就能轉換成 Float32

julia> Float32(-1.5)
-1.5f0

julia> typeof(ans)
Float32

也存在十六進制的浮點數字面量,但只適用於 Float64 值。一般使用 p 前綴及以 2 爲底的指數來表示:

julia> 0x1p0
1.0

julia> 0x1.8p3
12.0

julia> 0x.4p-1
0.125

julia> typeof(ans)
Float64

Julia 也支持半精度浮點數(Float16),但它們是使用 Float32 進行模擬實現的。

julia> sizeof(Float16(4.))
2

julia> 2*Float16(4.)
Float16(8.0)

下劃線 _ 可用作數字分隔符:

julia> 10_000, 0.000_000_005, 0xdead_beef, 0b1011_0010
(10000, 5.0e-9, 0xdeadbeef, 0xb2)

浮點數中有兩個零,0.0和-0.0,這兩個零相等但是有着不同的二進制表示。

特殊的浮點數

有三種特定的標準浮點值不和實數軸上任何一點對應:

Float16 Float32 Float64 名稱 描述
Inf16 Inf32 Inf 正無窮 一個大於所有有限浮點數的數
-Inf16 -Inf32 -Inf 負無窮 一個小於所有有限浮點數的數
NaN16 NaN32 NaN 不是數(Not a Number)

一個不和任何浮點值(包括自己)相等(==)的值

機器精度

大多數實數在都無法用浮點數表示,因此兩個可表示的浮點數的差值叫做機器精度。

Julia 提供了 eps 函數,它可以給出 1.0 與下一個 Julia 能表示的浮點數之間的差值。

julia> eps(Float32)
1.1920929f-7

julia> eps(Float64)
2.220446049250313e-16

julia> eps() # 與 eps(Float64) 相同
2.220446049250313e-16

eps 函數也可以接受一個浮點值作爲參數,然後給出這個值與下一個可表示的值直接的絕對差。

julia> eps(1.0)
2.220446049250313e-16

julia> eps(1000.)
1.1368683772161603e-13

julia> eps(1e-27)
1.793662034335766e-43

julia> eps(0.0)
5.0e-324

Julia 也提供了 nextfloatprevfloat 兩個函數分別返回基於參數的下一個更大或更小的可表示的浮點數:

julia> x = 1.25f0
1.25f0

julia> nextfloat(x)
1.2500001f0

julia> prevfloat(x)
1.2499999f0

julia> bitstring(prevfloat(x))
"00111111100111111111111111111111"

julia> bitstring(x)
"00111111101000000000000000000000"

julia> bitstring(nextfloat(x))
"00111111101000000000000000000001"

這個例子體現了一般原則,即相鄰可表示的浮點數也有着相鄰的二進制整數表示。

舍入模式

默認舍入到最接近的可表示的值。

任意精度算術

julia提供了BigInt、BigFloat用來表示任意精度的值,同時也可以用parse函數利用字符串構建任意精度的值。

julia> BigInt(typemax(Int64)) + 1
9223372036854775808

julia> parse(BigInt, "123456789012345678901234567890") + 1
123456789012345678901234567891

julia> parse(BigFloat, "1.23456789012345678901")
1.234567890123456789010000000000000000000000000000000000000000000000000000000004

julia> BigFloat(2.0^66) / 3
2.459565876494606882133333333333333333333333333333333333333333333333333333333344e+19

julia> factorial(BigInt(40))
815915283247897734345611269596115894272000000000

零和一的字面量(這裏不是很理解)

Julia 提供了 0 和 1 的字面量函數,可以返回特定類型或所給變量的類型。

函數 描述
zero(x) x 類型或變量 x 的類型的零字面量
one(x) x 類型或變量 x 的類型的一字面量

這些函數在數值比較中可以用來避免不必要的類型轉換帶來的開銷。

例如:

julia> zero(Float32)
0.0f0

julia> zero(1.0)
0.0

julia> one(Int32)
1

julia> one(BigFloat)
1.0

 

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