概念
在我们进行计算的过程中,经常会遇到几十位,甚至几百位的数字的计算问题,也有可能会遇到小数点后几十位,几百位的情况,而我们面对这样的情况下, 和 的数据范围显然是不够使用的了。因此这时,我们就需要引入一个新的算法,叫做高精度算法 .
我们可以利用程序设计的方法去实现这样的高精度计算 . 介绍常用的几种高精度计算的方法 .
思想
高精度算法本质上是用字符串模拟数字进行计算,再利用类似于数学里的竖式的形式,一位一位进行相关计算 .
处理
高精度计算中需要处理好以下几个问题:
1)数据的接收方法和存储方法
数据的接收和存储:当输入的数很长时,可采用字符串方式输入,这样可输入位数很长的数,利用字符串函数和操作运算,将每一位取出,存入数组中 .
void init(int a[]) { // 传入数组
string s;
cin >> s;
len = s.length(); // s.length --> 计算字符串位数
for(int i=1; i<=len; i++)
a[i] = s[len -i] - '0'; //将字符串s转换为数组a, 倒序存储
}
2)进位、借位的处理.
// 加法进位: c[i] = a[i] + b[i]
code: if(c[i] >= 10) {
c[i] %= 10;
++c[i++];
}
//减法借位: c[i] = a[i] - b[i]
code: if(a[i] < b[i]) {
--a[i+1];
a[i] += 10;
}
//乘法进位: c[i + j - 1] = a[i] * b[j] + x + c[i + j - 1];
x = c[i + j - 1] / 10;
c[i + j - 1] % 10;
高精度加法 +
输入两个数到变量中,然后用赋值语句求它们的和后输出 . But,我们知道,在 C++ 语言中任何数据类型都有一定表示范围. 当两个加数很大时,以前的算法显然不能求出精确解,因此我们需要寻求另一种方法 .在读小学时,我们做加法都采用竖式方法 . 这样我们方便写出两个整数相加的算法 .
如果我们用数组分别储存两个加数,用数组 储存结果。则上例有 :
#include <cstdio>
#include <cstring>
using namespace std;
int main() {
char a1[5005], b1[5005]; //用字符存储数字
int a[5005], b[5005], c[5005]; //c[i] 用来储存每位相加的结果
int len_a, len_b, len_c = 1, x, i;
memset(a, 0, sizeof(a));
memset(b, 0, sizeof(b));
memset(c, 0, sizeof(c));
scanf("%s%s", a1, b1); //输入两个加数
len_a = strlen(a1);
len_b = strlen(b1);
for(i=0; i<len_a; i++) a[len_a - i] = a1[i] - '0'; // 将加数放进a数组
for(i=0; i<len_b; i++) b[len_b - i] = b1[i] - '0'; // 将另一个加数放进b数组
x = 0; // x为进位
while(len_c <= len_a || len_c <= len_b) {
c[len_c] = a[len_c] + b[len_c] + x; // 两数相加,再加上前两个数进位的
x = c[len_c] / 10; // 刷新进位
c[len_c] %= 10; // 进位后剩下的
len_c++; //位数加1
}
c[len_c] = x;
if(c[len_c] == 0) { //判断首位是否为0
len_c--; // 不输出此位
}
for(int i=len_c; i>=1; i--) {
printf("%d", c[i]); //输出每一位的数
}
return 0;
}
高精度减法 -
类似加法,同样使用竖式。在做减法运算时,需要注意的是:需要有借位处理。
#include <iostream>
#include <cstring>
int main() {
int a[5005], b[5005], c[5005];
int lena, lenb, lenc, i;
char n[5005], n1[5005], n2[5005];
std::memset(a, 0, sizeof(a));
std::memset(b, 0, sizeof(b));
std::memset(c, 0, sizeof(c));
std::cin >> n1 >> n2; //输入被减数和减数
lena = std::strlen(n1);
lenb = std::strlen(n2);
for(i=0; i<lena; i++) a[lena - i] = (int)n1[i] - '0';
for(i=0; i<lenb; i++) b[lenb - i] = (int)n2[i] - '0'; //逆序存放排列
i = 1;
while(i <= lena || i <= lenb) {
if(a[i] < b[i]) {
c[i] = a[i] + 10 - b[i];
a[i+1]--; //借位处理
}
else {
c[i] = a[i] - b[i];
}
i++;
}
lenc = i;
while(c[lenc] == 0 && lenc > 1) { //如果最后一位是0,是需要输出的
lenc--; // 不输出首位0
}
for(i=lenc; i>=1; i--) std::cout << c[i];
return 0;
}
高精度乘法 ×
类似加法,使用竖式。在做乘法时,同样也有进位。
分析 数组的下标变化规律,可以写出以下关系式:
由此可见, 跟 乘积有关,跟上次的进位有关,跟还原 的值有关,分析下标规律,有 :
#include <iostream>
#include <cstring>
int main() {
int a[105], b[105], c[10005];
char n1[105], n2[105], lena, lenb, lenc, j, i, x;
std::memset(a, 0, sizeof(a));
std::memset(b, 0, sizeof(b));
std::memset(c, 0, sizeof(c));
std::cin >> n1 >> n2;
lena = std::strlen(n1);
lenb = std::strlen(n2);
for(i=0; i<=lena-1; i++) a[lena - i] = n1[i] - 48;
for(i=0; i<=lenb-1; i++) b[lenb - i] = n2[i] - 48; // 倒序储存
for(i=1; i<=lena; i++) {
x = 0;
for(j=1; j<=lenb; j++) {
c[i + j - 1] = c[i + j - 1] + x + a[i] * b[j];
x = c[i + j - 1] / 10; // 进位
c[i + j - 1] %= 10; // 剩余
}
c[i + lenb] = x; // 进位的数
}
lenc = lena + lenb;
while(c[lenc] == 0 && lenc > 1) {
lenc--; // 删除前导0
}
for(i=lenc; i>=1; i--) {
std::cout << c[i];
} // 输出每一位
std::cout << std::endl;
return 0;
}
除法 ÷
1)高精除以低精
做除法时,每一次的商值都在 0~9 之间,每次求得的余数连接以后的若干位得到新的被除数,继续做除法。因此,在做高精度除法时,要涉及到乘法运算和减法运算,还有移位处理。当然,为了程序简洁,可以避免高精度乘法,用 0~9 次循环减法取代得到商的值。采用按位相除法。
#include <iostream>
int main(){
char n1[100];
int a[100], c[100], lena, i, x = 0, lenc, b;
std::memset(a, 0, sizeof(a));
std::memset(c, 0, sizeof(c));
std::cin >> n1 >> b;
lena = strlen(n1);
for(i=1; i<=lena; i++) {
a[i] = n1[i - 1] - '0'; //除法不需要逆序存放
}
//-------------------------初始化------------------------------
for(i=1; i<=lena; i++) {
c[i] = (a[i] + x * 10) / b; // 算上上一位剩下的继续除
x = (a[i] + 10 * x) % b; // 求余
}
lenc = 1;
while(c[lenc] == 0 && lenc < lena) {
lenc++;
}
for(i=lenc; i<lena; i++) std::cout << c[i];
return 0;
}
2)高精除以高精
高精除以低精是对被除数的每一位(这里的"一位"包含前面的余数,以下都是如此)都除以除数,而高精除以高精则使用减法模拟除法,对被除数的每一位都减去除数,一直减到当前位置的数字(包含前面的余数)小于除数(由于每一位的数字小于10,所以对每一位最多进行10次运算),代码如下:文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-409219.html
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
int a[50005], b[50005], c[50005], d;
void init(int a[]) {
char s[50005];
cin >> s;
a[0] = strlen(s); // 字符串存储,表示位数
for (int i=1; i<=a[0]; i++) {
a[i] = s[a[0]-i] - 48; // 正序储存
}
}
void print(int a[]) {
if (a[0] == 0) {
cout << 0 << endl;
return; // 位数为0,输出0
}
for (int i=a[0]; i>=1; i--) {
cout << a[i]; // 输出函数
}
cout << endl;
return;
}
int compare(int a[], int b[]) {
if (a[0] > b[0]) {
return 1; // 被减数大于减数
}
if (a[0] < b[0]) {
return -1; // 被减数小于减数
}
for (int i=a[0]; i>=1; i--) {
if (a[i] > b[i]) {
return 1;
}
if (a[i] < b[i]) {
return -1;
} // 位数相同,找到第一位不同的进行比较
}
return 0;
}
void numcpy(int p[], int q[], int det) {
for (int i=1; i<=p[0]; i++) {
q[i+det-1] = p[i]; //复制p数组到q数组从det开始的地方
}
q[0] = p[0] + det - 1;
}
void jian(int a[], int b[]) {
int flag = compare(a, b);
if (flag == 0) {
a[0] = 0;
return;
}
if (flag == 1) {
for (int i=1; i<=a[0]; i++) {
if (a[i] < b[i]) {
a[i+1]--;
a[i] += 10;
}
a[i] -= b[i];
}
while (a[0]>0 && a[a[0]]==0) {
a[0]--;
}
return;
}
} // 高精减法
void chugao(int a[], int b[], int c[]) {
int tmp[50005];
c[0] = a[0] - b[0] + 1;
for (int i=c[0]; i>0; i--) {
memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
numcpy(b, tmp, i);// 清零
while (compare(a, tmp) >= 0) {
c[i]++;
jian(a, tmp); // 用减法模拟
}
}
while (c[0] > 0 && c[c[0]] == 0) {
c[0]--;
}
return;
}
int main() {
memset(a, 0, sizeof(a));
memset(b, 0, sizeof(b));
memset(c, 0, sizeof(c));
init(a);
init(b);
chugao(a,b,c);
print(c);
return 0;
}
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