реклама на сайте
подробности

 
 
> Деление целых чисел, Увеличивать разрядность или приводить к float?
Stas633
сообщение Dec 28 2008, 11:40
Сообщение #1


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 105
Регистрация: 6-01-06
Пользователь №: 12 901



Известно, что работа (выполнение арифметических операций) с целыми числами проще чем с дробными. Многие MC имеют в своем составе аппаратные умножители целых цисел. ("старшие" MC - DSP, ARM9 и др., имеющие мат.сопроцессоры, не рассматриваем).

Изначально, все внутренние входные, "аппаратные" данные в MC (АЦП, таймер/счетчик) являются целыми. Но как только необходимо произвести операцию деления, то рассматриваемые числа "перестают" быть целыми, появляется целая и дробная, иногда равная 0, части.

Для того чтобы не "потерять" остаток есть, на мой взгляд, два пути:
1. Увеличить разрядность чисел до необходимой точности (перед делением ужножить делимое и делитель, например, на 1000, тогда частное будет... (не продолжаю - очевидно) );
2. Работать не с целыми (int, long), а с дробными (float) числами.

Второй вариант мне кажеться предпочтительнее - не нужно ни "запоминать" (в уме и программе) точность, ни производить дополнительных преобразований перед вычислениями. Однако, какова степень оверхеда кода и времени вычислений, затрачиваемого на алгеброические операции с числами с плавающей точкой, в сравнении с п.1?
...
P.S. Естественно, что вопрос не про собственно операцию деления, а про то, что перейдя к float, "придется" работать с float во всех остальных арифмет.действиях, использовать float в качестве аргументов и возвращаемых значений функций и т.д.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
 
Start new topic
Ответов (1 - 10)
sergeeff
сообщение Dec 28 2008, 12:34
Сообщение #2


Профессионал
*****

Группа: Свой
Сообщений: 1 481
Регистрация: 10-04-05
Пользователь №: 4 007



Все зависит от того, что вы собираетесь с вычисленными значениями делать. Да и что за задача (чисто вычислительная или управление чем-то). Плавающая точка содержит кучу подводных камней (помимо скорости вычисления). В 70-х годах было издано довольно много книг, посвященных вопросам точности вычислений.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
arttab
сообщение Dec 28 2008, 12:48
Сообщение #3


Профессионал
*****

Группа: Свой
Сообщений: 1 432
Регистрация: 7-12-04
Из: Новосибирск
Пользователь №: 1 371



можно делить на 2 в степени n. можно умножить на 10, 100... потом делить и получите требуемую точность.
а можно и не делить а работать с не поделенными значениями.


--------------------
OrCAD, Altium,IAR, AVR....
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Stas633
сообщение Dec 28 2008, 13:07
Сообщение #4


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 105
Регистрация: 6-01-06
Пользователь №: 12 901



Цитата(sergeeff @ Dec 28 2008, 16:34) *
Все зависит от того, что вы собираетесь с вычисленными значениями делать. Да и что за задача (чисто вычислительная или управление чем-то).

Не хотелось бы "углубляться", но... например.
Один вариант - нужно расчитать значение и вывести его на индикатор. Выводить в формате плавающей точки ("1.234E-2"), согласитесь, не привычно для "глаза". Нужно точку "фиксировать" (0,01234).
Другой вариант - нужно на расчитанное значение позиционировать, например, инструмент станка (руку робота и т.д.). И опять придется переводить float значение к единицам позиционирования (к ЦЕЛОМУ их числу). (А если дискретность перемещения не имеет 10-ное основание, то преобразование еще "длиннее").
Т.е. на лицо необходимость "обратного" преобразования float -> long. /НO!, вместе с тем, функции, написанные с использованием float, проще для "понимания", переносимее, универсальнее, если хотите./
Что может быть разным в этих вариантах? (с точки зрения работы с float)

Цитата(sergeeff @ Dec 28 2008, 16:34) *
Плавающая точка содержит кучу подводных камней (помимо скорости вычисления). В 70-х годах было издано довольно много книг, посвященных вопросам точности вычислений.

Каких именно?
И еще одно уточнение... Вопрос достижения заданной точности не рассматривается. Хочется сравнить LONG v/s FLOAT /оверхед & скорость/
Go to the top of the page
 
+Quote Post
_Pasha
сообщение Dec 28 2008, 13:21
Сообщение #5


;
******

Группа: Участник
Сообщений: 5 646
Регистрация: 1-08-07
Пользователь №: 29 509



Цитата(Stas633 @ Dec 28 2008, 17:07) *
Хочется сравнить LONG v/s FLOAT /оверхед & скорость/

Кесарю-кесарево. Математика (синусы, косинусы) вся на float? Гут - будем в плавучке. А управляющие алгоритмы редко выходят на плавучку - больше на long. Вот такой водораздел...
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Stas633
сообщение Dec 28 2008, 13:50
Сообщение #6


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 105
Регистрация: 6-01-06
Пользователь №: 12 901



Цитата(arttab @ Dec 28 2008, 16:48) *
можно делить на 2 в степени n.

Согласен. С точки зрения кода это, безусловно, и быстрее, и короче (чем умножение/деление на 10^n) - умножение и деление на 2 это, как известно, сдвиг, который длится 1 такт (с учетом разрядности МС конечно), но, тем не менее, это лишние, избыточные действия о которых НЕОБХОДИМО помнить при написании программы.
А как быть если в различные моменты работы программы нужна разная точность? Передавать функции точность вычислений в качестве аргумента? Или писать несколько функций?

Цитата(_Pasha @ Dec 28 2008, 17:21) *
Кесарю-кесарево. Математика (синусы, косинусы) вся на float? Гут - будем в плавучке. А управляющие алгоритмы редко выходят на плавучку - больше на long. Вот такой водораздел...

Опять в "крайности"(сложности). Конечно, "тригономертию" без float ни как, но где та грань (водораздел, ватерлиния) когда "уже нужно"? Возведение в степень, деление..?
...
Хорошо.. тогда так:
допустим, необходимо вычислять такую фунцкию
Код
y=(x^2 + k) / z

Вроде "МАТЕМАТИКИ" нет, но если не использовать float, то сразу возникает, как минимум, один вопрос: с какой точностью нужно производить вычисления?
А если достаточная точность неизвестна перед началом программирования, да и вообще, может быть различной?

......
......
Если попытаться ответить на вопрос топика, то правильно ли мнение, что:

В случае, когда необходимая точность вычислений известна и не меняется, и математические формулы ограничены четырмя основными арифметическими действиями (+, -, *, /), то целесообразно применение long переменных, с соответствующими преобразованиями. В остальных случаях лучше, правильнее применять float.
Go to the top of the page
 
+Quote Post
_Pasha
сообщение Dec 28 2008, 14:24
Сообщение #7


;
******

Группа: Участник
Сообщений: 5 646
Регистрация: 1-08-07
Пользователь №: 29 509



Цитата(Stas633 @ Dec 28 2008, 17:50) *
Опять в "крайности"(сложности)

Пример, недавно обсуждаемый: накапливающее суммирование. Если точность вмещается в мантиссу - пожалста, плавучка применима. Если нет - происходит накопление ошибки округления. А сие очень часто возможно, если вспомнить про 24-разрядные АЦП.

Опять про водораздел: например, некая моделька на борту контроллера, считается что-то методом Ньютона-Раффсона. Плавучка? Конечно! Но вот моделька соприкасается с реальностью - 10-разрядные АЦП/ЦАП, таймера с тиком 100мкс... Что мы делаем? Только dst = SCALE * round().


Цитата
В случае, когда необходимая точность вычислений известна и не меняется

Я бы оставил так
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Сергей Борщ
сообщение Dec 28 2008, 14:31
Сообщение #8


Гуру
******

Группа: Модераторы
Сообщений: 8 455
Регистрация: 15-05-06
Из: Рига, Латвия
Пользователь №: 17 095



Цитата(Stas633 @ Dec 28 2008, 15:50) *
умножение и деление на 2 это, как известно, сдвиг, который длится 1 такт (с учетом разрядности МС конечно), но, тем не менее, это лишние, избыточные действия о которых НЕОБХОДИМО помнить при написании программы.
Можно возложить это на компилятор - прямая дорога в плюсы, заводите класс "число с фиксированной точкой", пишите для него преобразования и арифметику, дальше работаете как с обычными переменными.
Цитата(Stas633 @ Dec 28 2008, 15:50) *
А как быть если в различные моменты работы программы нужна разная точность?
Ну, тут float не сильно поможет. Его точность определяется разрядностью мантиссы и для 4-байтового float (23 бита мантисса, реально 24 бита за счет нормализации) составляет log10(2^24) ~ чуть больше 7 десятичных знаков. Диапазон чисел с плавающей точкой, да, большой, и определяется разрядностью экспоненты. Поэтому если вы попытаетесь сложить 1 и 1e-8, вы получите ту же 1, чудес нет. Используя те же 32 бита в формате фиксированной точки можно получить log10(2^32) 9.6 десятичных знаков, но в существено меньшем диапазоне.
Скорость вычислений с плавающей точкой будет ниже (не рассматриваем специально заточенный (со)процессор), потому что перед каждым действием операнды приводятся к одной экспоненте, а после действия результат нормализуется (мантисса приводится к двоичному виду 1.ххххх).
Цитата(Stas633 @ Dec 28 2008, 15:50) *
Конечно, "тригономертию" без float никак,
Почему? Тригонометрия реализуется и в фиксированной точке.
Цитата(Stas633 @ Dec 28 2008, 15:50) *
но где та грань (водораздел, ватерлиния) когда "уже нужно"?
Хороший вопрос, тянет на диссертацию wink.gif Наверное так: Если значения имеют большой диапазон, если точность и скорость float устраивает, то приносим размер кода и скорость в жертву универсальности и простоте написания - использует float. Если точность или скорость не устраивают - используем фиксированную точку. Насчет размера нужно пробовать - не факт, что сколь-нибудь полная реализация арифметики с фиксированной точкой получится компактнее.
P.S. бывают случаи, когда не подходит ни тот, ни другой формат. И тогда арифметика реализуется прямо в десятичном виде, с BCD представлением чисел и изменяемой длиной числа.


--------------------
На любой вопрос даю любой ответ
"Write code that is guaranteed to work, not code that doesn’t seem to break" (C++ FAQ)
Go to the top of the page
 
+Quote Post
_Pasha
сообщение Dec 28 2008, 14:41
Сообщение #9


;
******

Группа: Участник
Сообщений: 5 646
Регистрация: 1-08-07
Пользователь №: 29 509



Цитата(Сергей Борщ @ Dec 28 2008, 18:31) *
Насчет размера нужно пробовать - не факт, что сколь-нибудь полная реализация арифметики с фиксированной точкой получится компактнее.

При аддитивных операциях - фиксированная быстрее из-за того, что не надо выравнивать порядки, при умножении - проигрыш так себе, не пугает, компромиссы возможны. А деление - это грустно sad.gif , зато применим компактный алгоритм деления чисел произвольной длины.
ЗЫ я конечно же про камни без FPU smile.gif
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Stas633
сообщение Dec 28 2008, 18:47
Сообщение #10


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 105
Регистрация: 6-01-06
Пользователь №: 12 901



Цитата(Сергей Борщ @ Dec 28 2008, 18:31) *
Почему? Тригонометрия реализуется и в фиксированной точке.

Конечно, как и вычисление иттераций при реализации метода Ньютона.. smile.gif
Но в этом случае задача видоизменяется в задачу написания своей библиотеки. Стандартные библ. работают с плавающей точкой (возможно не все).
Цитата(Сергей Борщ @ Dec 28 2008, 18:31) *
Можно возложить это на компилятор - прямая дорога в плюсы, заводите класс "число с фиксированной точкой", пишите для него преобразования и арифметику, дальше работаете как с обычными переменными.

Спасибо! a14.gif Лежало на поверхности, но "глаза не видят" и "мозг не думает".
Цитата(Сергей Борщ @ Dec 28 2008, 18:31) *
P.S. бывают случаи, когда не подходит ни тот, ни другой формат. И тогда арифметика реализуется прямо в десятичном виде, с BCD представлением чисел и изменяемой длиной числа.

Спасибо за идею! smile.gif

....

Попытаюсь "переписать" ответы:

Главное - преобразования присутствуют везде. long - приведение к заданной точности, float - приведение к одной экспоненте и нормализация результата. При этом работа с целыми быстрее.

"Итого:"
Если применение "плавающей точки" не продиктовано использованием готового кода (библ.) То для написания более "быстрого" кода, необходимо использовать "фикс.точку". А для приведения целых чисел к заданной точности использовать умножение/деление не на 10^n, а 2^n.
Если же скорость работы про-ца достаточна (или есть встроенный FPU), и точность вычислений обеспечивается разрядностью мантиссы, то - "плавающая точка".

....

Спасибо. С Наступающим! Удачи! smile.gif
Go to the top of the page
 
+Quote Post
Lelikk
сообщение Jan 4 2009, 14:13
Сообщение #11


Частый гость
**

Группа: Свой
Сообщений: 81
Регистрация: 15-12-07
Из: Москва
Пользователь №: 33 326



С float-ами следует быть вообще очень аккуратным, и переходить к ним только в крайнем случае. Ведь на процах без аппаратного FPU все операции реализуются программно, то есть дико тормозно.
Специально смотрел километровый ассемблерный листинг для __fdiv, который используется компилером.

Более того, по-мимо тормознутости есть большая опасность наткнуться на странные глюки - приведу конкретный пример. На проце TMS320F2806 FPU нет, однако разбираться с поставляемой ti библиотекой для фиксированной точки времени не было, поэтому все забили через float. Так как расчетов было немного, то тормоза не влияли, но обнаружилось, что библиотечный cos - функция расходящаяся... crying.gif
В большой запарке пришлось написать свой разложением в ряд, потому что для лучшего времени не было... Теперь зарекся использователь по крайней мере на tms софтварные float.
Так что даже использование стандартной либы может натолкнуться на глючную реализацию у компилятора....
Go to the top of the page
 
+Quote Post

Reply to this topicStart new topic
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0

 


RSS Текстовая версия Сейчас: 18th July 2025 - 05:11
Рейтинг@Mail.ru


Страница сгенерированна за 0.01466 секунд с 7
ELECTRONIX ©2004-2016