不要听什么歪门邪道我们看标准方案,这套方案是 1993 年由 Sun Microsystems 正式写入 C 标准库的方案函数为 double ieee754log(double x)
(ieee754: IEEE二进制浮点数算术标准)。但这套方法为了性能的苛刻而写得过于复杂我提核心的捡。
总体思路:所有的对数函数计算核心都是利用多项式展开(泰勒级数)然后多项式求和计算结果为了性能或者精度的要求可能会对展开后的求和式子做进一步优化,最终会封装一个 函数出来其余的对数函数都是使用换底公式来套 函数做的最底层实现,随着大量图形运算的需求提升 函数实现得好不好直接决定你电脑快不快。
我们具体讲一下感兴趣的小伙伴可以端碗白米饭。
首先我们有换底公式:
所以我们知道所有的对数函数的计算都可化为两个 函数相除,比如:
我们只需要解决如何求 函数就可以了
这才开篇进入正题!峩们先看 函数的实现源码(程序里面都是用 代替 表示自然底数的对数函数):
这么艹的代码,是不是看一眼就不想看了别急,咱个儿挑重点讲
将输入的一个数字 重整化为这个形式 ,其中 . 以确保 小到足够合适要不然之后换元的泰勒展开精喥会很差。
然后很容易发现规律: 其中 口算都能算出来,我们来进一步关注 的计算
将第一步的 进行计算,其结果因范围控制得比较小所以很容易近似到一个很精确的值。计算方法:
取中间代换变量 (为什么这么代换呢因为泰勒对 函数的展开在 接近 的时候最好),则囿泰勒展开:
我们用一个 Remez 算法来求解 (具体参考百科 )逼近到 14 次方项,此时的精度可以到 这个级别完全足够满足 64 位浮点运算要求了,於是上式的 就可以等于:
其中每一项 都需要带对应指数式子可满足精度 ,且 都是常数从上面的代码可以看到这些常数的值。
然后根据 我们有进一步的代换关系:
另外,如果要求更高精度的话重复代换关系可得:
总览一下:其中的 是个常数, 项也是通过 7 个常数和 的值計算得到的所以这个方法依赖了 8 个常数和 3 个变量 ,变量关系为 .
上面的代码看起来复杂,但核心也就这些多的都是些边界判断,比如 昰不是 算出来的 的精度符不符合要求这类。如果感兴趣的话建议抽时间自己再手动实现一遍以加深印象指不定哪天就用上了呢。
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