关于 JavaScript 的 精度丢失 与 近似舍入
小蒋不素小蒋 人气:1
# 一、背景
---
最近做 dashborad 图表时，涉及计算小数且四舍五入精确到 N 位。后发现 js 算出来的结果跟我预想的不一样，看来这里面并不简单……
# 二、JS 与 精度
---
### 1、精度处理
首先明确两点：
- 1、小数才会涉及精度的概念
- 2、小数的（存储和）**运算**涉及 JS 的`精度处理`
在现实中，我们运算小数，不会出现任何问题。但是 JS （编程语言）里，却不是这样。
### 2、精度丢失
例如，在 JS 里执行：
```
0.1 + 0.2
0.30000000000000004
0.3 - 0.1
0.19999999999999998
0.1 * 0.1
0.010000000000000002
0.3 / 0.1
2.9999999999999996
```
可以看出，JS 运算小数的结果，并不是我们预想的那样。这就是`精度丢失`的问题。
##### （1）问：精度丢失会引发什么问题？
答：
- 1、让判断等于（`===`）的逻辑出错。比如让 `0.1 + 0.2 === 0.3` 为 `false`
- 2、让本来可以预想到的结果精度变的特别大，小数点后位数特别长。比如若要前端显示，会特别难看。
##### （2）问：为什么会出现精度丢失？
答：这跟**浮点数在计算机内部（用二进制存储）的表示方法**有关。
JS 采用 `IEEE 754` 标准的 64 位双精度浮点数表示法，这个标准是20世纪80年代以来最广泛使用的浮点数运算标准，为许多CPU与浮点运算器所采用，也被很多语言如 java、python 采用。
这个标准，会让绝大部分的十进制小数都不能用二进制浮点数来精确表示（事实上，根本没有什么标准可以精确表示浮点数）。一般情况下，你输入的十进制小数仅由实际存储在计算机中的**近似的二进制浮点数表示**。
然而，许多语言在处理的时候，在一定误差范围内（通常极小）会将结果修正为正确的目标数字，**而不是像 JS 一样将存在误差的真实结果转换成最接近的小数输出。**
> 具体原理可以看[《浮点数的二进制表示 —— 阮一峰》](https://www.ruanyifeng.com/blog/2010/06/ieee_floating-point_representation.html)，这里不赘述了。
##### （3）问：怎么避免精度丢失？
方法一：**中途变成整数来计算**
比如我们要计算 0.1 + 0.2，就先把数字全部乘以 10 使之变成整数，再相加，最后把结果除以 10。
> 因为**整数是不会出现精度丢失**的问题。（况且整数根本就没有精度）
> 其实很多第三方的库，原理也是用的这个。
方法二：**使用第三方库** - Math.js - decimal.js - big.js - bignumber.js
方法三：**使用 toFixed() 函数**（推荐） ``` console.log(parseFloat((0.3 + 0.1).toFixed(1))) // 0.4 ``` 注意：`toFixed()` 最好跟 `parseFloat()` 搭配使用。因为 toFixed **返回的是字符串**。 问：`toFixed()` 为什么要返回字符串，而不是小数？【重点】 答：因为 JavaScript 的数据类型，关于数字的只有 `number` 类型（不像 C 语言 or 数据库等还分 int、float、double），而对于 number 类型来说, **会忽略前置0和小数点后的后置0**（比如 001 是 1; 1.1000 是 1.1）。 > 在下面还会继续介绍 `toFixed()` 的关于舍入的特性。 # 三、JS 与 近似计算方法 --- 在上面提到的： - 精度计算 - 精度丢失 都会有可能让精度发生变化（即小数点后位数变化）。如果我们需要统一精度，那就需要用到`近似（计算）方法`。 ### 1、四舍五入 ##### （1）规则 四舍五入是最常见的近似计算方法，具体规则顾名思义，不赘述了。 ##### （2）Math.round() 给定数字的值四舍五入到最接近的**整数**。 ``` Math.Round(2.4) // 2 Math.Round(2.5) // 3 ``` ##### （3）_.round() —— lodash 给定数字的值四舍五入到最接近的**数**（可以是小数）。 lodash 的这个方法，我看了源码，底层也是调用的 Math.round()，只是加了一些额外功能，比如第二个参数，可以指定四舍五入的精度。 ``` const _ = require('lodash'); _.round(1.04, 1) //1 _.round(1.05, 1) //1.1 ``` ##### （4）四舍五入真的公平吗？【重点】 因为自己很小的时候就在学校学到了四舍五入，一直想当然的认为四舍五入是公平的，等到现在细想的时候，才发现，真的**不公平**。 例如，想象一个场景，你的余额宝，每天会自动结算利息，但是可能（按照利息规则）算出来的值的小数有很多位，假设支付宝只支持到角，那么支付宝系统帮你记账的时候，肯定会给你近似计算，如果他用的是四舍五入的方法： ``` const _ = require('lodash'); console.log(_.round(1.01, 1)) //1 （我亏了0.01） console.log(_.round(1.02, 1)) //1 （我亏了0.02） console.log(_.round(1.03, 1)) //1 （我亏了0.03） console.log(_.round(1.04, 1)) //1 （我亏了0.04） console.log(_.round(1.05, 1)) //1.1 （我赚了了0.05） console.log(_.round(1.06, 1)) //1.1 （我赚了0.04） console.log(_.round(1.07, 1)) //1.1 （我赚了0.03） console.log(_.round(1.08, 1)) //1.1 （我赚了0.02） console.log(_.round(1.09, 1)) //1.1 （我赚了0.01） ``` 首先，1 块钱整和 2 块钱整可以不用考虑，其次，如果假设 1.01 到 1.09 这 9 个数出现的概率一致。那么最后支付宝肯定要**亏本**，因为 1.05 划分到 1.1 是不公平的。 也可以画一个**数轴**来体现：  那么如何做到更公平的近似计算呢？可以用下面介绍的银行家舍入。 ### 2、银行家舍入 国际通行的是 `银行家舍入`（Banker's rounding）算法 。 是 IEEE 规定的舍入标准。因此所有符合 IEEE 标准的语言都应该是采用这一规则的。 ##### （1）规则 银行家舍入又称**四舍六入五取偶**（又称四舍六入五留双）法。 所以规则就是：**四舍六入五考虑，五后非空就进一，五后为空看奇偶，五前为偶应舍去，五前为奇要进一**。 关键就是“五后为空看奇偶”，因为如果是舍入位是5，无论是舍还是入都不公平，那就交给它前一位的奇偶性来判断，因为奇偶性分布概率是公平的。 > 当然只能说银行家舍入算法比四舍五入算法**更科学**，而不能说它就是绝对正确，而四舍五入就是错误的，因为这些结果都是基于统计数据产生的，前提就是这些数据摇符合随机性分布的要求。 ##### （2）使用 目前 JS 上原生不支持，如果想使用： - 1、自己实现 - 2、使用第三方 npm 包，如 [bankers-rounding](https://www.npmjs.com/package/bankers-rounding) ### 3、toFixed toFixed() **部分符合银行家舍入**的规则。 ##### （1）四舍六入 符合 ##### （2）五后非空就进一 符合 ##### （3）五后为空看奇偶，五前为偶应舍去，五前为奇要进一 部分符合 ``` // //toFixed结果 //银行家舍入结果 console.log(1.05.toFixed(1)) //1.1（+0.05） 1.0（-0.05） console.log(1.15.toFixed(1)) //1.1（-0.05） 1.2（+0.05） console.log(1.25.toFixed(1)) //1.3（+0.05） 1.2（-0.05） console.log(1.35.toFixed(1)) //1.4（+0.05） 1.4（+0.05） console.log(1.45.toFixed(1)) //1.4（-0.05） 1.4（-0.05） console.log(1.55.toFixed(1)) //1.6（+0.05） 1.6（+0.05） console.log(1.65.toFixed(1)) //1.6（-0.05） 1.6（-0.05） console.log(1.75.toFixed(1)) //1.8（+0.05） 1.8（+0.05） console.log(1.85.toFixed(1)) //1.9（+0.05） 1.8（-0.05） console.log(1.95.toFixed(1)) //1.9（-0.05） 2.0（+0.05） // //总计(+0.1) //总计(0) ``` 可以看出 toFixed 肯定是不遵守四舍五入的，但是也跟银行家舍入算法有出入。（具体为什么是这样的计算方法，鄙人并不是弄清楚，待写） ### 4、其他 近似计算 函数 - Math.ceil()：向上舍入（取整） - Math.floor()：向下舍入（取整） - 等等……
方法二：**使用第三方库** - Math.js - decimal.js - big.js - bignumber.js
方法三：**使用 toFixed() 函数**（推荐） ``` console.log(parseFloat((0.3 + 0.1).toFixed(1))) // 0.4 ``` 注意：`toFixed()` 最好跟 `parseFloat()` 搭配使用。因为 toFixed **返回的是字符串**。 问：`toFixed()` 为什么要返回字符串，而不是小数？【重点】 答：因为 JavaScript 的数据类型，关于数字的只有 `number` 类型（不像 C 语言 or 数据库等还分 int、float、double），而对于 number 类型来说, **会忽略前置0和小数点后的后置0**（比如 001 是 1; 1.1000 是 1.1）。 > 在下面还会继续介绍 `toFixed()` 的关于舍入的特性。 # 三、JS 与 近似计算方法 --- 在上面提到的： - 精度计算 - 精度丢失 都会有可能让精度发生变化（即小数点后位数变化）。如果我们需要统一精度，那就需要用到`近似（计算）方法`。 ### 1、四舍五入 ##### （1）规则 四舍五入是最常见的近似计算方法，具体规则顾名思义，不赘述了。 ##### （2）Math.round() 给定数字的值四舍五入到最接近的**整数**。 ``` Math.Round(2.4) // 2 Math.Round(2.5) // 3 ``` ##### （3）_.round() —— lodash 给定数字的值四舍五入到最接近的**数**（可以是小数）。 lodash 的这个方法，我看了源码，底层也是调用的 Math.round()，只是加了一些额外功能，比如第二个参数，可以指定四舍五入的精度。 ``` const _ = require('lodash'); _.round(1.04, 1) //1 _.round(1.05, 1) //1.1 ``` ##### （4）四舍五入真的公平吗？【重点】 因为自己很小的时候就在学校学到了四舍五入，一直想当然的认为四舍五入是公平的，等到现在细想的时候，才发现，真的**不公平**。 例如，想象一个场景，你的余额宝，每天会自动结算利息，但是可能（按照利息规则）算出来的值的小数有很多位，假设支付宝只支持到角，那么支付宝系统帮你记账的时候，肯定会给你近似计算，如果他用的是四舍五入的方法： ``` const _ = require('lodash'); console.log(_.round(1.01, 1)) //1 （我亏了0.01） console.log(_.round(1.02, 1)) //1 （我亏了0.02） console.log(_.round(1.03, 1)) //1 （我亏了0.03） console.log(_.round(1.04, 1)) //1 （我亏了0.04） console.log(_.round(1.05, 1)) //1.1 （我赚了了0.05） console.log(_.round(1.06, 1)) //1.1 （我赚了0.04） console.log(_.round(1.07, 1)) //1.1 （我赚了0.03） console.log(_.round(1.08, 1)) //1.1 （我赚了0.02） console.log(_.round(1.09, 1)) //1.1 （我赚了0.01） ``` 首先，1 块钱整和 2 块钱整可以不用考虑，其次，如果假设 1.01 到 1.09 这 9 个数出现的概率一致。那么最后支付宝肯定要**亏本**，因为 1.05 划分到 1.1 是不公平的。 也可以画一个**数轴**来体现：  那么如何做到更公平的近似计算呢？可以用下面介绍的银行家舍入。 ### 2、银行家舍入 国际通行的是 `银行家舍入`（Banker's rounding）算法 。 是 IEEE 规定的舍入标准。因此所有符合 IEEE 标准的语言都应该是采用这一规则的。 ##### （1）规则 银行家舍入又称**四舍六入五取偶**（又称四舍六入五留双）法。 所以规则就是：**四舍六入五考虑，五后非空就进一，五后为空看奇偶，五前为偶应舍去，五前为奇要进一**。 关键就是“五后为空看奇偶”，因为如果是舍入位是5，无论是舍还是入都不公平，那就交给它前一位的奇偶性来判断，因为奇偶性分布概率是公平的。 > 当然只能说银行家舍入算法比四舍五入算法**更科学**，而不能说它就是绝对正确，而四舍五入就是错误的，因为这些结果都是基于统计数据产生的，前提就是这些数据摇符合随机性分布的要求。 ##### （2）使用 目前 JS 上原生不支持，如果想使用： - 1、自己实现 - 2、使用第三方 npm 包，如 [bankers-rounding](https://www.npmjs.com/package/bankers-rounding) ### 3、toFixed toFixed() **部分符合银行家舍入**的规则。 ##### （1）四舍六入 符合 ##### （2）五后非空就进一 符合 ##### （3）五后为空看奇偶，五前为偶应舍去，五前为奇要进一 部分符合 ``` // //toFixed结果 //银行家舍入结果 console.log(1.05.toFixed(1)) //1.1（+0.05） 1.0（-0.05） console.log(1.15.toFixed(1)) //1.1（-0.05） 1.2（+0.05） console.log(1.25.toFixed(1)) //1.3（+0.05） 1.2（-0.05） console.log(1.35.toFixed(1)) //1.4（+0.05） 1.4（+0.05） console.log(1.45.toFixed(1)) //1.4（-0.05） 1.4（-0.05） console.log(1.55.toFixed(1)) //1.6（+0.05） 1.6（+0.05） console.log(1.65.toFixed(1)) //1.6（-0.05） 1.6（-0.05） console.log(1.75.toFixed(1)) //1.8（+0.05） 1.8（+0.05） console.log(1.85.toFixed(1)) //1.9（+0.05） 1.8（-0.05） console.log(1.95.toFixed(1)) //1.9（-0.05） 2.0（+0.05） // //总计(+0.1) //总计(0) ``` 可以看出 toFixed 肯定是不遵守四舍五入的，但是也跟银行家舍入算法有出入。（具体为什么是这样的计算方法，鄙人并不是弄清楚，待写） ### 4、其他 近似计算 函数 - Math.ceil()：向上舍入（取整） - Math.floor()：向下舍入（取整） - 等等……
加载全部内容