Question

我必须存储几个非常低的概率值的乘积（例如，1E-80）。由于下溢，使用原始java double将导致零。我不希望该值变为零，因为稍后会有一个更大的数字（例如，1E100），它将使值在双精度可以处理的范围内。

所以，我自己创建了一个不同的类（MyDouble），用于保存基本部分和指数部分。在进行计算时，例如乘法，我乘以基础部分，并添加指数。

程序快速使用原始双精度类型。但是，当我使用自己的类（MyDouble）时，程序非常慢。我认为这是因为每次创建简单操作时我必须创建新对象，而垃圾收集器在不再需要对象时必须做很多工作。

我的问题是，你认为我能解决这个问题有更好的方法吗？如果没有，有没有办法让我可以用自己的班级（MyDouble）加速程序？

[注意：记录日志并稍后取指数并不能解决我的问题]

MyDouble类：

public class MyDouble {
    public MyDouble(double base, int power){
    this.base = base;
    this.power = power;
    }

    public static MyDouble multiply(double... values) {
    MyDouble returnMyDouble = new MyDouble(0);
    double prodBase = 1;
    int prodPower = 0;
    for( double val : values) {
            MyDouble ad = new MyDouble(val);
            prodBase *= ad.base;
            prodPower += ad.power;
        }   
        String newBaseString = "" + prodBase;
        String[] splitted = newBaseString.split("E");   
        double newBase = 0; int newPower = 0;
        if(splitted.length == 2) {
            newBase = Double.parseDouble(splitted[0]);
            newPower = Integer.parseInt(splitted[1]);
        } else {
            newBase = Double.parseDouble(splitted[0]);
            newPower = 0;
        }
        returnMyDouble.base = newBase;
        returnMyDouble.power = newPower + prodPower;        
        return returnMyDouble;
    }
}

Answer 1

解决这个问题的方法是在日志空间中工作---它使问题变得微不足道。当你说它不起作用时，你能说明具体原因吗？概率下溢是概率模型中的一个常见问题，我不认为我已经知道它以任何其他方式解决了。

回想一下log（a * b）只是log（a）+ log（b）。类似地，log（a / b）是log（a） - log（b）。我假设你正在处理可能导致下溢问题的乘法和除法;日志空间的缺点是您需要使用特殊例程来计算log（a + b），如果这是您的问题，我可以指导您。

所以简单的答案是，在日志空间中工作，并在最后重新取幂以获得人类可读的数字。

Answer 2

每次进行乘法运算时都试图解析字符串。为什么不将所有值计算为某些结构（如实数和指数部分）作为预计算步骤，然后创建乘法，加法，细分，幂等算法。

你也可以为大/小号添加标志。我认为你不会在一次计算中同时使用1e100和1e-100（因此你可以简化一些计算），你可以改善不同对（大，大），（小，小），（大，小）的计算时间。

Answer 3

您可以使用

BigDecimal bd = BigDecimal.ONE.scaleByPowerOfTen(-309)
        .multiply(BigDecimal.ONE.scaleByPowerOfTen(-300))
        .multiply(BigDecimal.ONE.scaleByPowerOfTen(300));
System.out.println(bd);

打印

1E-309

或者如果您使用log10比例

double d = -309 + -300 + 300;
System.out.println("1E"+d);

打印

1E-309.0

Answer 4

我确信这比双精度慢很多，但可能是一个很大的因素是String操作。你可以摆脱它并通过算术计算功率吗？即使是递归或迭代算法也可能比转换为String以获取该数字的位更快。

Answer 5

在性能较高的应用程序中，您希望找到一种在基元中存储基本信息的方法。在这种情况下，也许您可以拆分long或其他变量的字节，以便固定部分为基础。

然后，您可以创建自定义方法乘以long或Long，就像它们是double一样。你抓住代表base和exp的位，并相应地截断。

在某种意义上，你在这里重新发明了轮子，因为你想要有效地执行你正在寻找的操作的字节代码。

编辑：

如果你想坚持使用两个变量，你可以修改你的代码，只需要一个比对象轻得多的数组。此外，您需要删除对任何字符串解析函数的调用。那些都非常慢。

Answer 6

缓慢可能是因为在split和string concats中创建的中间字符串对象。

试试这个：

/**
 * value = base * 10 ^ power.
 */

public class MyDouble {

    // Threshold values to determine whether given double is too small or not. 
private static final double SMALL_EPSILON = 1e-8;
private static final double SMALL_EPSILON_MULTIPLIER = 1e8;
private static final int    SMALL_EPSILON_POWER = 8;

private double myBase;
private int    myPower;

public MyDouble(double base, int power){
    myBase  = base;
    myPower = power;
}

public MyDouble(double base) 
{
    myBase  = base;
    myPower = 0;
    adjustPower();
}

/**
 * If base value is too small, increase the base by multiplying with some number and 
 * decrease the power accordingly. 
 * <p> E.g 0.000 000 000 001 * 10^1  => 0.0001 * 10^8  
 */
private void adjustPower()
{
    // Increase the base & decrease the power 
    // if given double value is less than threshold.
    if (myBase < SMALL_EPSILON) {
        myBase = myBase * SMALL_EPSILON_MULTIPLIER;
        myPower -= SMALL_EPSILON_POWER;
    }
}

/**
 * This method multiplies given double and updates this object.
 */
public void multiply(MyDouble d)
{
    myBase  *= d.myBase;
    myPower += d.myPower;
    adjustPower();
}

/**
 * This method multiplies given primitive double value with this object and update the 
 * base and power.
 */
public void multiply(double d)
{
    multiply(new MyDouble(d));
}

@Override
public String toString()
{
    return "Base:" + myBase + ", Power=" + myPower;
}

/**
 * This method multiplies given double values and returns MyDouble object.
 * It make sure that too small double values do not zero out the multiplication result. 
 */
public static MyDouble multiply(double...values) 
{
    MyDouble result = new MyDouble(1);
    for (int i=0; i<values.length; i++) {
        result.multiply(values[i]);
    }
    return result;
}

public static void main(String[] args) {
    MyDouble r = MyDouble.multiply(1e-80, 1e100);
    System.out.println(r);
}

}

如果这仍然很慢，你可以修改multiply（）方法直接对原始double进行操作，而不是创建一个MyDouble对象。

Java加倍并使用非常小的值

6 个答案: