これらの数値が等しくないのはなぜですか?


273

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


1
サイト全体の言語に依存しないQとA:浮動小数点演算は壊れていますか?
グレゴールトーマス

dplanet、私は以下の倍精度演算ですべての比較ケース( "<="、 "> ="、 "=")のソリューションを追加しました。それが役に立てば幸い。
Erdogan CEVHER

回答:


355

一般的な(言語にとらわれない)理由

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。

スカラーの比較

これに対する標準的な解決策R==、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

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

同様の質問へ回答から直接コピーされた、もう少し詳細:

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。

ベクトルの比較

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

Rは統計計算のためのフリーソフトウェア環境ですか?
kittygirl

41

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

17
all.equalFALSE違いがある場合は返されないのでisTRUEif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。
Joshua Ulrich

12

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")

2
ただし、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。
smci、

10

dplyr::near()は、浮動小数点数の2つのベクトルが等しいかどうかをテストするためのオプションです。これはドキュメントの例です:

sqrt(2) ^ 2 == 2
#> [1] FALSE
library(dplyr)
near(sqrt(2) ^ 2, 2)
#> [1] TRUE

この関数には、許容誤差パラメーターが組み込まれています。tol = .Machine$double.eps^0.5これは調整可能です。デフォルトのパラメータは、のデフォルトと同じですall.equal()


0

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

0

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
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