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摘要? 用錯數(shù)解釋計算機的錯誤計算(一百二十七)中的計算錯誤的原因。

? ? ? ?從(一百二十七)知,f(x)?有四種形式:

四個?f(0.00024)?分別有1位、8位、8位、0位錯誤數(shù)字。

? ? ? ?下面用錯數(shù)解釋前面3個錯誤計算的由來。

(1)對于?{f(x)=\sin^2(\frac{1}{2}x)}?來說,m_1=-3\,,??m_2=-7\,.? 而??f'(x)|_{x=0.00024}=(\sin(\frac{1}{2}x)\cos(\frac{1}{2}x))|_{x=0.00024}=0.1...\textup{e}-3\,,? 因此,m_0=-3\,.? 這樣,錯數(shù)為?m_1-m_2+m_0=-3-(-7)+(-3)=1\,.? 于是,計算機的輸出中可能有1位錯誤數(shù)字,也可能沒有。事實是有1位。

(2)對于??\frac{1}{2}\big{(}1-\cos(x)\big{)}?與?\frac{1}{2}\big{(}1-\sqrt{1-\sin^2(x)} \,\big{)}?來說,由于其中的?1-\cos(x)?與?1-\sqrt{1-\sin^2(x)}?會發(fā)生相減相消,并且這時,x?的表示誤差對結果的影響程度要遠小于相減相消對結果的影響程度,所以我們只考慮相減相消所引起的誤差。

? ? ? ? 令?y=1-\cos(x)\,,? g(y)=\frac{1}{2}y\,.? 現(xiàn)在討論?g(y)?的錯數(shù)。由于??(1-\cos(x))|_{x=0.00024}=0.28...\textup{\textup{}e}-7\,,? 因此,m_1=-7\,.? 而?m_2?仍然不變,亦為?-7\,.? 再由?g'(y)=0.5?知,m_0=0\,.? 于是,g(y)?的錯數(shù)為 m_1-m_2+m_0=-7-(-7)+0=0\,.? 這樣,若 y?有誤差,那么執(zhí)行?g(y)?運算后,結果也不會額外產(chǎn)生錯誤數(shù)字(甚至可能減少1位錯誤數(shù)字)。?也就是說,y?原來有幾位錯誤數(shù)字,那么50%的概率?g(y)?還有幾位錯誤數(shù)字。

? ? ? ?那么?y=1-\cos(0.00024)?的輸出有幾位錯誤數(shù)字呢?相減相消“相消”了幾位數(shù)字?被減數(shù)原來是1,1位整數(shù);現(xiàn)在的結果變成 “-7” 位整數(shù)。那么自然少了?1-(-7)=8?位數(shù)字。這樣,g(y)?50%的概率也有 8位錯誤數(shù)字,而另外50%的可能性是含有7位錯誤數(shù)字。事實上,最終結果是含有8位錯誤數(shù)字。

? ? ? ? 點評:像?\sin^2(\frac{1}{2}x)?這么簡單的函數(shù),居然產(chǎn)生了錯誤數(shù)字;其最后1位數(shù)字不正確,居然有著50%的概率。

參考文獻

[1]?Ward Cheney, David Kincaid. Numerical Mathematics and Computing. 6th Ed. CA: Thomson Higher Education, 2008, p, 37

http://m.aloenet.com.cn/news/32222.html

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