Библиотека math java

Класс Math и пакет java.math

Класс Math содержит методы, связанные с геометрией и тригонометрией и прочей математики. Методы реализованы как static, поэтому можно сразу вызывать через Math.methodName() без создания экземпляра класса.

В классе определены две константы типа double: E и PI.

Популярные методы для тригонометрических функций принимают параметр типа double, выражающий угол в радианах.

• sin(double d)
• cos(double d)
• tan(double d)
• asin(double d)
• acos(double d)
• atan(double d)
• atan2(double y, double x)

Существуют также гиперболические функции: sinh(), cosh(), tanh().

Из них хорошо знакомы возведение в степень — pow(2.0, 3.0) вернёт 8.0.

Также популярен метод для извлечения квадратного корня — sqrt(4.0). Если аргумент меньше нуля, то возвращается NaN. Похожий метод cbrt() извлекает кубический корень. Если аргумент отрицательный, то и возвращаемое значение будет отрицательным: -27.0-> -3.0.

• abs() — возвращает абсолютное значение аргумента
• ceil() — возвращает наименьшее целое число, которое больше аргумента
• floor() — возвращает наибольшее целое число, которое меньше или равно аргументу
• max() — возвращает большее из двух чисел
• min() — возвращает меньшее из двух чисел
• nextAfter() — возвращает следующее значение после аргумента в заданном направлении
• nextUp() — возвращает следующее значение в положительном направлении
• rint() — возвращает ближайшее целое к аргументу
• round() — возвращает аргумент, округлённый вверх до ближайшего числа
• ulp() — возвращает дистанцию между значением и ближайшим большим значением

• copySign() — возвращает аргумент с тем же знаком, что у второго аргумента
• getExponent() — возвращает экспоненту
• IEEEremainder() — возвращает остаток от деления
• hypot() — возвращает длину гипотенузы
• random() — возвращает случайное число между 0 и 1 (единица в диапазон не входит)
• signum() — возвращает знак значения
• toDegrees() — преобразует радианы в градусы
• toRadians() — преобразует градусы в радианы

Вычислим наибольшее и наименьшее числа из двух заданных значений.

Большие числа

Если вам не хватает точности основных типов для представления целых и вещественных чисел, то можно использовать классы BigInteger и BigDecimal из пакета java.math, которые предназначены для выполнения действий с числами, состоящими из произвольного количества цифр.

Для преобразования обычного числа в число с произвольной точностью (называемое большим числом) вызывается статический метод valueOf():

При работе с большими числами нельзя использовать привычные математические операции с помощью + или * и т.п. Вместо них следует использовать специальные методы add() (сложение), multiply() (умножение), divide() (деление) и т.д.

В обычной практике эти числа используются редко.

Класс Math

Класс Math содержит методы для выполнения основных числовых операций, таких как нахождение экспоненты, логарифма, квадратного корня и т. д.

Класс содержит две константы типа double: E и PI. Все методы в классе Math статичны.

abs(double a) — возвращает абсолютное значение (модуль) числа типа double.

abs(float a) — возвращает абсолютное значение (модуль) числа типа float .

abs(int a) — возвращает абсолютное значение (модуль) числа типа int.

abs(long a) — возвращает абсолютное значение (модуль) числа типа long.

acos(double a) — возвращает арккосинус значения. Возвращенный угол находится в диапазоне от 0 до pi.

asin(double a) — возвращает арксинус значения. Возвращенный угол в диапазоне от -pi/2 до pi/2.

atan(double a) — возвращает арктангенс значения. Возвращенный угол в диапазоне от-pi/2 до pi/2.

cbrt(double a) — возвращает кубический корень аргумента.

ceil(double a) — возвращает наименьшее целое число, которое больше аргумента.

copySign(double magnitude, double sign) — возвращает аргумент с тем же знаком, что у второго аргумента.

copySign(float magnitude, float sign) — возвращает аргумент с тем же знаком, что у второго аргумента.

cos(double a) — возвращает косинус аргумента.

cosh(double x) — возвращает гиперболический косинус аргумента.

decrementExact(int a) — возвращает значение аргумента уменьшенное на единицу.

decrementExact(long a) — возвращает значение аргумента уменьшенное на единицу.

exp(double a) — возвращает экспоненту аргумента.

floor(double a) — возвращает наибольшее целое число, которое меньше или равно аргументу.

hypot(double x, double y) — возвращает длину гипотенузы (sqrt(x 2 +y 2 )).

IEEEremainder(double f1, double f2) — возвращает остаток от деления f1 на f2.

incrementExact(int a) — возвращает значение аргумента увеличенное на единицу.

incrementExact(long a) — возвращает значение аргумента увеличенное на единицу.

log(double a) — возвращает натуральный логарифм (по основанию e).

log10(double a) — возвращает логарифм по основанию 10.

max(double a, double b) — возвращает больший из аргументов.

max(float a, float b) — возвращает больший из аргументов.

max(int a, int b) — возвращает больший из аргументов.

max(long a, long b) — возвращает больший из аргументов.

min(double a, double b) — возвращает меньший из аргументов.

min(float a, float b) — возвращает меньший из аргументов.

min(int a, int b) — возвращает меньший из аргументов.

min(long a, long b) — возвращает меньший из аргументов.

multiplyExact(int x, int y) — возвращает произведение аргументов (x*y).

multiplyExact(long x, long y) — возвращает произведение аргументов (x*y).

negateExact(int a) — возвращает отрицательное значение аргумента.

negateExact(long a) — возвращает отрицательное значение аргумента.

pow(double a, double b) — возвращает значение первого аргумента, возведенное в степень второго аргумента (a b )

random() — возвращает случайное число от 0.0 (включительно) до 1 (не включительно).

rint(double a) — возвращает округленное значение аргумента.

round(double a) — возвращает округленное значение аргумента.

signum(double a) — возвращает знак аргумента.

signum(float a) — возвращает знак аргумента.

sin(double a) — возвращает синус аргумента.

sinh(double a) — возвращает гиперболический синус аргумента.

sqrt(double a) — возвращает квадратный корень аргумента.

subtractExact(int x, int y) — возвращает разность аргументов (x-y).

subtractExact(long x, long y) — возвращает разность аргументов (x-y).

tan(double a) — возвращает тангенс аргумента.

tanh(double a) — возвращает гиперболический тангенс аргумента.

toDegrees() — преобразует радианы в градусы.

toIntExact(long value) — преобразует аргумент типа long в int.

toRadians() — преобразует градусы в радианы.

Библиотека math java

Unlike some of the numeric methods of class StrictMath , all implementations of the equivalent functions of class Math are not defined to return the bit-for-bit same results. This relaxation permits better-performing implementations where strict reproducibility is not required.

By default many of the Math methods simply call the equivalent method in StrictMath for their implementation. Code generators are encouraged to use platform-specific native libraries or microprocessor instructions, where available, to provide higher-performance implementations of Math methods. Such higher-performance implementations still must conform to the specification for Math .

The quality of implementation specifications concern two properties, accuracy of the returned result and monotonicity of the method. Accuracy of the floating-point Math methods is measured in terms of ulps, units in the last place. For a given floating-point format, an ulp of a specific real number value is the distance between the two floating-point values bracketing that numerical value. When discussing the accuracy of a method as a whole rather than at a specific argument, the number of ulps cited is for the worst-case error at any argument. If a method always has an error less than 0.5 ulps, the method always returns the floating-point number nearest the exact result; such a method is correctly rounded. A correctly rounded method is generally the best a floating-point approximation can be; however, it is impractical for many floating-point methods to be correctly rounded. Instead, for the Math class, a larger error bound of 1 or 2 ulps is allowed for certain methods. Informally, with a 1 ulp error bound, when the exact result is a representable number, the exact result should be returned as the computed result; otherwise, either of the two floating-point values which bracket the exact result may be returned. For exact results large in magnitude, one of the endpoints of the bracket may be infinite. Besides accuracy at individual arguments, maintaining proper relations between the method at different arguments is also important. Therefore, most methods with more than 0.5 ulp errors are required to be semi-monotonic: whenever the mathematical function is non-decreasing, so is the floating-point approximation, likewise, whenever the mathematical function is non-increasing, so is the floating-point approximation. Not all approximations that have 1 ulp accuracy will automatically meet the monotonicity requirements.

The platform uses signed two’s complement integer arithmetic with int and long primitive types. The developer should choose the primitive type to ensure that arithmetic operations consistently produce correct results, which in some cases means the operations will not overflow the range of values of the computation. The best practice is to choose the primitive type and algorithm to avoid overflow. In cases where the size is int or long and overflow errors need to be detected, the methods addExact , subtractExact , multiplyExact , and toIntExact throw an ArithmeticException when the results overflow. For other arithmetic operations such as divide, absolute value, increment, decrement, and negation overflow occurs only with a specific minimum or maximum value and should be checked against the minimum or maximum as appropriate.

Изучаем Java

Вы здесь: Главная >> Java-учебник >> Математические функции и константы

Обучающие курсы:

Математические функции и константы в языке Java

Класс Math содержит набор математических функций, часто оказывающихся не­обходимыми при решении разных задач.
Чтобы извлечь квадратный корень из числа, применяют метод sqrt.
double х = 4;
double у = Math.sqrt(х);
System.out.println(у); // Печатает число 2.0.

Между методами println и sqrt есть небольшая разница. Метод println дей­ствует на объект System, out, имея второй параметр у — число, подлежащее вы­воду. (Напомним, что out — это объект, определенный в классе System и пред­ставляющий собой стандартное устройство вывода.)

В то же время метод sqrt в классе Math не работает ни с одним объектом. Он имеет единственный параметр х — число, из которого нужно извлечь корень. Такие методы называются статиче­скими.

В языке Java нет оператора возведения в степень: для этого нужно использовать метод pow из класса Math.

Оператор
double у = Math.pow(x,a) ;
присваивает переменной у значение переменной х, возведенное в степень а.

Оба параметра метода pow, а также возвращаемое им значение имеют тип double.

Класс Math содержит обычные тригонометрические функции:
Math.sin
Math.cos
Math.tan
Math.atan
Math.atan2

Кроме этого, в него включены экспоненциальная и обратная к ней логарифмиче­ская функции (натуральный логарифм):
Math.exp
Math.log

В классе определены также две константы
Math.PI
Math.E,
обозначающие аппроксимации чисел Пи и е.

Для повышения своей производительности функции в классе Math используют про­граммы из встроенного модуля для вычислений с плавающей точкой.
Если точность вычислений важнее скорости их выполнения, используйте класс strictMath.
Он реализует алгоритмы из библиотеки «Freely Distributable Math Library» («Свободно распространяемая библиотека математических функций») fdlibm, гарантирующей идентичность результатов на всех платформах.

Исходные тексты программ, реали­зующих эти алгоритмы, можно найти на web-странице http://www.netlib.org/fdlibm/index.html. (В библиотеке fdlibm дается несколько определений каждой функции, класс StrictMath следует версии IEEE754, имена функций в которой на­чинаются с буквы «е».)

Преобразования числовых типов

ОБУЧАЮЩИЙ ВЕБИНАР: рассчитан на новичков в web-разработке. После вебинара вы научитесь создавать сайты с помощью Java + Spring Boot — перейти

Часто возникает необходимость преобразовать один числовой тип в другой.

На рис. 3.1 показаны разрешенные преобразования.

Шесть черных стрелок на рис. 3.1 обозначают преобразования, которые выпол­няются без потери информации. Три серые стрелки означают преобразования, при которых может произойти потеря точности. Например, количество цифр в большом целом числе 123456789 превышает количество цифр, которое может быть представ­лено типом float.
Число, преобразованное в тип float, имеет правильную величи­ну, но несколько меньшую точность.

int n = 123456789;
float f = n; // Число n равно 1.23456789268.

Рис. 3.1 Разрешенные преобразования числовых типов

Если два значения объединяются бинарным оператором (например n+f, где n — целое число, a f — число с плавающей точкой), то перед выполнением операции оба операнда преобразовываются в числа, имеющие одинаковый тип.

Если хотя бы один из операндов имеет тип double, то второй тоже преобразо­вывается в число типа double.

В противном случае, если хотя бы один из операндов имеет тип float, то второй тоже преобразовывается в число типа float.
В противном случае, если хотя бы один из операндов имеет тип long, то второй тоже преобразовывается в число типа long.
В противном случае оба операнда преобразовываются в числа типа int.

Приведение числовых типов

В предыдущем разделе мы видели, что при необходимости значения типа int ав­томатически преобразовываются в значения типа double. С другой стороны, есть не­сколько очевидных ситуаций, когда число типа double рассматривается как целое. Преобразования чисел в языке Java возможны, однако, разумеется, при этом может происходить потеря информации. Такие преобразования называются приведением типа (cast).

Синтаксически приведение типа задается парой скобок, внутри которых
указывается желательный тип, а затем — имя переменной. Например,
double х = 9.997;
int nx = (int)x;

Теперь в результате приведения значения с плавающей точкой к целому типу пере­менная nх равна 9, поскольку при этом дробная часть числа отбрасывается.

Если нужно округлить число с плавающей точкой до ближайшего целого числа (что во многих случаях является намного более полезным), используется метод
Math.round.
double x = 9.997;
int nx = (int) Math. round (x);

Теперь переменная nx равна 10. При вызове метода round по-прежнему нужно выполнять приведение поскольку возвращаемое им значение имеет тип long, и присвоить его переменной типа int можно лишь с помощью явного приведения.

При попытке привести число одного типа к другому результат может выйти за пре­делы допустимого диапазона. В этом случае результат будет усечен.

Например, вы­ражение (byte) 300 равно 44. Поэтому рекомендуется явно проверять заранее, бу­дет ли результат лежать в допустимом диапазоне после приведения типов.

Приведение между булевским и целыми типами невозможно. Это предотвращает появление ошибок. В редких случаях для того, чтобы привести булевское значе­ние к числовому типу, можно использовать условное выражение
b ? 1 : 0.

Сергей Владимирцев
29.01.2011