次のコードは明らかに間違っています。どうしたの?
i <- 0.1
i <- i + 0.05
i
## [1] 0.15
if(i==0.15) cat("i equals 0.15") else cat("i does not equal 0.15")
## i does not equal 0.15
次のコードは明らかに間違っています。どうしたの?
i <- 0.1
i <- i + 0.05
i
## [1] 0.15
if(i==0.15) cat("i equals 0.15") else cat("i does not equal 0.15")
## i does not equal 0.15
回答:
IEEE浮動小数点演算(ほとんどすべてのコンピューターが10進数を表し、それらを使って計算を行うために使用する標準)ですべての数値を正確に表すことができないため、必ずしも期待どおりの結果が得られるとは限りません。これは特に当てはまります。これは、単純な有限の小数(0.1や0.05など)である一部の値がコンピューターで正確に表されないため、これらの値の算術結果が「既知の」答え。
これはコンピュータ演算のよく知られた制限であり、いくつかの場所で説明されています。
これに対する標準的な解決策R
は==
、ではなくall.equal
関数を使用することです。か、以降のall.equal
いずれかが存在する場合、違いについての詳細の多くを提供しますisTRUE(all.equal(...))
。
if(isTRUE(all.equal(i,0.15))) cat("i equals 0.15") else cat("i does not equal 0.15")
収量
i equals 0.15
のall.equal
代わりに使用するいくつかの例==
(最後の例は、これが違いを正しく表示することを示しています)。
0.1+0.05==0.15
#[1] FALSE
isTRUE(all.equal(0.1+0.05, 0.15))
#[1] TRUE
1-0.1-0.1-0.1==0.7
#[1] FALSE
isTRUE(all.equal(1-0.1-0.1-0.1, 0.7))
#[1] TRUE
0.3/0.1 == 3
#[1] FALSE
isTRUE(all.equal(0.3/0.1, 3))
#[1] TRUE
0.1+0.1==0.15
#[1] FALSE
isTRUE(all.equal(0.1+0.1, 0.15))
#[1] FALSE
発生した問題は、ほとんどの場合、浮動小数点は小数を正確に表すことができないことです。つまり、完全一致が失敗することがよくあります。
あなたが言うとき、Rはわずかに横になりますが、
1.1-0.2
#[1] 0.9
0.9
#[1] 0.9
あなたはそれが10進数で本当に考えていることを知ることができます:
sprintf("%.54f",1.1-0.2)
#[1] "0.900000000000000133226762955018784850835800170898437500"
sprintf("%.54f",0.9)
#[1] "0.900000000000000022204460492503130808472633361816406250"
これらの数値は異なりますが、表現は少し扱いにくいです。それらをバイナリ(同等の16進数)で見ると、より明確な画像が得られます。
sprintf("%a",0.9)
#[1] "0x1.ccccccccccccdp-1"
sprintf("%a",1.1-0.2)
#[1] "0x1.ccccccccccccep-1"
sprintf("%a",1.1-0.2-0.9)
#[1] "0x1p-53"
あなたは、彼らがによって異なっていることがわかります2^-53
これは、この数は、値が1に近い2つの数字の間の最小表現の違いであるために重要です。
Rのマシンフィールドを調べることで、この最小の表現可能な数がどのコンピューターであるかを知ることができます。
?.Machine
#....
#double.eps the smallest positive floating-point number x
#such that 1 + x != 1. It equals base^ulp.digits if either
#base is 2 or rounding is 0; otherwise, it is
#(base^ulp.digits) / 2. Normally 2.220446e-16.
#....
.Machine$double.eps
#[1] 2.220446e-16
sprintf("%a",.Machine$double.eps)
#[1] "0x1p-52"
この事実を使用して、差が浮動小数点で表現可能な最小数に近いことを確認する「ほぼ等しい」関数を作成できます。実際、これはすでに存在しています:all.equal
。
?all.equal
#....
#all.equal(x,y) is a utility to compare R objects x and y testing ‘near equality’.
#....
#all.equal(target, current,
# tolerance = .Machine$double.eps ^ 0.5,
# scale = NULL, check.attributes = TRUE, ...)
#....
したがって、all.equal関数は実際には、数値間の差が2つの仮数間の最小差の平方根であることを確認しています。
このアルゴリズムは、デノーマルと呼ばれる非常に小さな数に少しおかしくなりますが、心配する必要はありません。
上記の説明では、2つの単一値の比較を想定しています。Rでは、スカラーはなく、ベクトルのみであり、暗黙的なベクトル化が言語の強みです。ベクトルの値を要素ごとに比較するために、前の原則が成り立ちますが、実装は少し異なります。==
ベクトル化(要素ごとの比較を行います)しながらall.equal
、ベクトル全体を単一のエンティティとして比較します。
前の例を使用する
a <- c(0.1+0.05, 1-0.1-0.1-0.1, 0.3/0.1, 0.1+0.1)
b <- c(0.15, 0.7, 3, 0.15)
==
「期待される」結果を与えall.equal
ず、要素ごとに実行しません
a==b
#[1] FALSE FALSE FALSE FALSE
all.equal(a,b)
#[1] "Mean relative difference: 0.01234568"
isTRUE(all.equal(a,b))
#[1] FALSE
むしろ、2つのベクトルをループするバージョンを使用する必要があります。
mapply(function(x, y) {isTRUE(all.equal(x, y))}, a, b)
#[1] TRUE TRUE TRUE FALSE
これの機能バージョンが必要な場合は、それを書くことができます
elementwise.all.equal <- Vectorize(function(x, y) {isTRUE(all.equal(x, y))})
それはちょうどと呼ぶことができます
elementwise.all.equal(a, b)
#[1] TRUE TRUE TRUE FALSE
または、all.equal
さらに多くの関数呼び出しでラップする代わりに、関連する内部を複製してall.equal.numeric
暗黙的なベクトル化を使用することもできます。
tolerance = .Machine$double.eps^0.5
# this is the default tolerance used in all.equal,
# but you can pick a different tolerance to match your needs
abs(a - b) < tolerance
#[1] TRUE TRUE TRUE FALSE
これは、dplyr::near
それ自身を
これは、浮動小数点数の2つのベクトルが(ペアワイズで)等しいかどうかを比較する安全な方法です。
==
許容値が組み込まれているため、これを使用するよりも安全です。
dplyr::near(a, b)
#[1] TRUE TRUE TRUE FALSE
ブライアンのコメントに追加すると(これが理由です)、all.equal
代わりに次のように使用することでこれを克服できます。
# i <- 0.1
# i <- i + 0.05
# i
#if(all.equal(i, .15)) cat("i equals 0.15\n") else cat("i does not equal 0.15\n")
#i equals 0.15
ここでのジョシュアの警告は、更新されたコードです(ありがとうジョシュア):
i <- 0.1
i <- i + 0.05
i
if(isTRUE(all.equal(i, .15))) { #code was getting sloppy &went to multiple lines
cat("i equals 0.15\n")
} else {
cat("i does not equal 0.15\n")
}
#i equals 0.15
all.equal
FALSE
違いがある場合は返されないのでisTRUE
、if
ステートメントで使用する場合はラップする必要があります。
これはハッキーですが、迅速です:
if(round(i, 10)==0.15) cat("i equals 0.15") else cat("i does not equal 0.15")
all.equal(... tolerance)
パラメーターを使用できます。all.equal(0.147, 0.15, tolerance=0.05)
真です。
同様の問題がありました。次のソリューションを使用しました。
@カット間隔が等しくないという解決策が見つかりました。@ Rで丸め関数を使用しました。オプションを2桁に設定しても、問題は解決しませんでした。
options(digits = 2)
cbind(
seq( from = 1, to = 9, by = 1 ),
cut( seq( from = 1, to = 9, by = 1), c( 0, 3, 6, 9 ) ),
seq( from = 0.1, to = 0.9, by = 0.1 ),
cut( seq( from = 0.1, to = 0.9, by = 0.1), c( 0, 0.3, 0.6, 0.9 )),
seq( from = 0.01, to = 0.09, by = 0.01 ),
cut( seq( from = 0.01, to = 0.09, by = 0.01), c( 0, 0.03, 0.06, 0.09 ))
)
オプションに基づく不均等なカット間隔の出力(数字= 2):
[,1] [,2] [,3] [,4] [,5] [,6]
[1,] 1 1 0.1 1 0.01 1
[2,] 2 1 0.2 1 0.02 1
[3,] 3 1 0.3 2 0.03 1
[4,] 4 2 0.4 2 0.04 2
[5,] 5 2 0.5 2 0.05 2
[6,] 6 2 0.6 2 0.06 3
[7,] 7 3 0.7 3 0.07 3
[8,] 8 3 0.8 3 0.08 3
[9,] 9 3 0.9 3 0.09 3
options(digits = 200)
cbind(
seq( from = 1, to = 9, by = 1 ),
cut( round(seq( from = 1, to = 9, by = 1), 2), c( 0, 3, 6, 9 ) ),
seq( from = 0.1, to = 0.9, by = 0.1 ),
cut( round(seq( from = 0.1, to = 0.9, by = 0.1), 2), c( 0, 0.3, 0.6, 0.9 )),
seq( from = 0.01, to = 0.09, by = 0.01 ),
cut( round(seq( from = 0.01, to = 0.09, by = 0.01), 2), c( 0, 0.03, 0.06, 0.09 ))
)
ラウンド関数に基づく等しいカット間隔の出力:
[,1] [,2] [,3] [,4] [,5] [,6]
[1,] 1 1 0.1 1 0.01 1
[2,] 2 1 0.2 1 0.02 1
[3,] 3 1 0.3 1 0.03 1
[4,] 4 2 0.4 2 0.04 2
[5,] 5 2 0.5 2 0.05 2
[6,] 6 2 0.6 2 0.06 2
[7,] 7 3 0.7 3 0.07 3
[8,] 8 3 0.8 3 0.08 3
[9,] 9 3 0.9 3 0.09 3
倍精度演算での一般化された比較( "<="、 "> ="、 "="):
a <= bの比較:
IsSmallerOrEqual <- function(a,b) {
# Control the existence of "Mean relative difference..." in all.equal;
# if exists, it results in character, not logical:
if ( class(all.equal(a, b)) == "logical" && (a<b | all.equal(a, b))) { return(TRUE)
} else if (a < b) { return(TRUE)
} else { return(FALSE) }
}
IsSmallerOrEqual(abs(-2-(-2.2)), 0.2) # TRUE
IsSmallerOrEqual(abs(-2-(-2.2)), 0.3) # TRUE
IsSmallerOrEqual(abs(-2-(-2.2)), 0.1) # FALSE
IsSmallerOrEqual(3,3); IsSmallerOrEqual(3,4); IsSmallerOrEqual(4,3)
# TRUE; TRUE; FALSE
a> = bの比較:
IsBiggerOrEqual <- function(a,b) {
# Control the existence of "Mean relative difference..." in all.equal;
# if exists, it results in character, not logical:
if ( class(all.equal(a, b)) == "logical" && (a>b | all.equal(a, b))) { return(TRUE)
} else if (a > b) { return(TRUE)
} else { return(FALSE) }
}
IsBiggerOrEqual(3,3); IsBiggerOrEqual(4,3); IsBiggerOrEqual(3,4)
# TRUE; TRUE; FALSE
a = bの比較:
IsEqual <- function(a,b) {
# Control the existence of "Mean relative difference..." in all.equal;
# if exists, it results in character, not logical:
if ( class(all.equal(a, b)) == "logical" ) { return(TRUE)
} else { return(FALSE) }
}
IsEqual(0.1+0.05,0.15) # TRUE