控制Python浮点数输出位数

技术背景

在一些长期的任务中,不可避免地会向文本文件、二进制文件或数据库中写入一些数据,或者在屏幕上输出一些文本。这时,如何控制输出数据的长度是需要我们注意的一个问题。例如,对于一个二进制文件,如果输出的浮点数的长度一直在变化,那么在写入文件后,阅读器会通过读入位来读取一堆错误的数据。因此,我们需要控制输出位数,尤其是浮点数要格外小心。

一般控制方法

一般情况下,我们可以使用round来设置输出浮点数的有效位。原理是直接取给定浮点数的前n位有效数字,后面的数字四舍五入。 %.4f和{:.4f}这两种格式在输出时都打印小数点后4位,与先取有效位再打印不同,后面会讲到。下面我们来看看这些方法的输出异同:

In [1]: pi_10=31.415926
In [2]: print (round(pi_10,4))
31.4159
In [3]: print ('%.4f' % pi_10)
31.4159
In [4]: print ('{:.4f}'.format(pi_10))
31.4159

在上面的例子中,小数点前后有多个数字。另外,可以看到小数点前只有0的数字的输出结果:

In [5]: pi_10=0.31415926
In [6]: print (round(pi_10,4))
0.3142
In [7]: print ('{:.4f}'.format(pi_10))
0.3142
In [8]: print ('%.4f' % pi_10)
0.3142

以上两种情况,我们发现三者的输出都是一样的。但是,前面已经说过,先取有效位再输出和先输出再取有效位的区别,可以体现在以下情况:

In [9]: pi_10=3.1415926E-08
In [10]: print (round(pi_10,4))
0.0
In [11]: print ('{:.4f}'.format(pi_10))
0.0000
In [12]: print ('%.4f' % pi_10)
0.0000

这里输入的是一个小数点后有很多0的浮点数,但是这里使用的是科学计数法,即(3.*10^{-8}),此时我们用这三种输出方式,得到的结果都是0,第一种解决方法是小数点后没有满4位。这是因为使用round取有效位数时,发现小数点后位数太多,直接将当前浮点数视为0.0而不是0.0000 ,而后两种方案的处理过程更多,比如打印出数字后,将超过有效位数的数字去掉,所以会保留小数点后的4个0。然而,即便如此,得到的结果并不是我们想要的。这个数字虽然很小,但可能只是单位的问题,并不代表这个数字的效果就是0。所以直接用这种取小数点后有效数字的方法可能会有问题.

取一个重要的数字

我们这里要介绍的取有效数字的方法不再是小数点后的有效数字,而是整体有效数字。方法也很简单,就是把上一章的{:.4f}改成{:.4}。同样,控制有效数字的结果也可以通过几个案例来理解:

In [13]: pi_10=3.1415926E-08
In [14]: print ('{:.4}'.format(pi_10))
3.142e-08
In [15]: pi_10=0.31415926
In [16]: print ('{:.4}'.format(pi_10))
0.3142
In [17]: pi_10=31.415926
In [18]: print ('{:.4}'.format(pi_10))
31.42

我们发现输出结果会根据输入格式发生变化。如果输入的小数位数过多,输出结果会自动转换为科学计数法。 {:.4}不仅可以用于浮点数,还可以用在字符串中,效果如下:

In [19]: string='Hello World!'
In [20]: print ('{:.4}'.format(string))
Hell

总结总结

在输出结果中,尤其是浮点数的输出,当我们需要写入文本文件时,最好使用统一的输出格式,这样也可以增强结果的可读性。对于浮点输出位数的控制,可以使用{:.4f}、%.4f来指定字符串在打印或输出时占用的空间,或者使用round函数在输出前对结果进行转换。但是,如果要取有效数字,则需要使用 {:.4}。这些方法没有优点或缺点。您只需要看不同的场景,选择不同的精度控制方案。

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