Dotychczasowe rozważania dotyczyły liczb naturalnych. Zapis pozycyjny można w prosty sposób rozszerzyć na liczby ułamkowe wprowadzając pozycje o wagach ułamkowych. Przyjrzyjmy się liczbie dziesiętnej:
Wagi pozycji 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 Cyfry zapisu
3 5 7 9 , 8 2 9 1 4 Numery pozycji 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 Część
całkowitaCzęść
ułamkowaLiczba stałoprzecinkowa może być potraktowana jako złożenie dwóch liczb - części całkowitej oraz części ułamkowej rozdzielone przecinkiem. Umówmy się, iż pozycje ułamkowe będziemy numerować kolejnymi liczbami ujemnymi. Przy takiej umowie wagi pozycji ułamkowych wciąż będą równe podstawie podniesionej do potęgi o wartości numeru pozycji. Zasada obliczania wartości liczby stałoprzecinkowej jest identyczna do poznanej wcześniej zasady: wartość liczby stałoprzecinkowej jest równa sumie iloczynów jej cyfr przez wagi pozycji tych cyfr. W systemie pozycyjnym o podstawie innej niż dziesięć jest tak samo.
Obliczyć wartość liczby stałoprzecinkowej 213,132(4).
213,132(4) = 2 x 42 + 1 x 41 + 3 x 40 + 1 x 4-1 + 3 x 4-2 + 2 x 4-3
213,132(4) = 2 x 16 + 1 x 4 + 3 x 1 + 1 x 1/4 + 3 x 1/16 + 2 x 1/64
213,132(4) = 32 + 4 + 3 + 1/4 + 3/16 + 2/64
213,132(4) = 39 + 16/64 + 12/64 + 2/64
213,132(4) = 39 30/64Obliczyć wartość liczby stałoprzecinkowej 537,462(8).
537,462(8) = 5 x 82 + 3 x 81 + 7 x 80 + 4 x 8-1 + 6 x 8-2 + 2 x 8-3
537,462(8) = 5 x 64 + 3 x 8 + 7 x 1 + 4 x 1/8 + 6 x 1/64 + 2 x 1/512
537,462(8) = 320 + 24 + 7 + 4/8 + 6/64 + 2/512
537,462(8) = 351 + 256/512 + 48/512 + 2/512
537,462(8) = 351 306/512
Obliczenie wartości liczby stałoprzecinkowej według podstawowego wzoru wymaga obliczeń na ułamkach. Z doświadczenia wiem, iż tutaj uczniowie zwykle popełniają najwięcej pomyłek (nawet w klasie matematycznej). Podam zatem prosty sposób znajdowania wartości części ułamkowej bez sumowania ułamków. Najpierw przyjrzyjmy się kilku liczbom dziesiętnym:
0,3 = 3/10 0,35 = 35/100 0,357 = 357/1000 0,3579 = 3579/10000 Czy zauważasz tutaj pewną prawidłowość? Jeśli potraktujemy część ułamkową jako liczbę całkowitą, to wartość części ułamkowej będzie po prostu iloczynem tej liczby i wagi pozycji ostatniej cyfry zapisu stałoprzecinkowego. W powyższych przykładach waga pozycji ostatniej cyfry wynosi kolejno 10-1 = 1/10, 10-2 = 1/100, 10-3 = 1/1000 i 10-4 = 1/10000. W innych systemach pozycyjnych zasada ta wciąż obowiązuje, gdyż system dziesiętny nie jest przecież żadnym wyróżnionym systemem pozycyjnym.
Oblicz wartość liczby stałoprzecinkowej 0,4231(5).
Część całkowita wynosi 0. Część ułamkową potraktujemy jako liczbę całkowitą, obliczymy jej wartość i pomnożymy ją przez wagę ostatniej cyfry zapisu stałoprzecinkowego, czyli przez 5-4 = 1/625.
4231(5) = 4 x 53 + 2 x 52 + 3 x 51 + 1 x 50
4231(5) = 4 x 125 + 2 x 25 + 3 x 5 + 1 x 1
4231(5) = 500 + 50 + 15 + 1
4231(5) = 566Zatem 0,4231(5) = 566 x 1/625 = 566/625.
Sprawdzamy:
0,4231(5) = 0 x 50 + 4 x 5-1 + 2 x 5-2 + 3 x 5-3 + 1 x 5-4
0,4231(5) = 0 x 1 + 4 x 1/5 + 2 x 1/25 + 3 x 1/125 + 1 x 1/625
0,4231(5) = 0 + 4/5 + 2/25 + 3/125 + 1/625
0,4231(5) = 500/625 + 50/625 + 15/625 + 1/625
0,4231(5) = 566/625.
Podsumujmy podane dotychczas informacje w formie algorytmu.
Dane wejściowe
p - podstawa docelowego systemu pozycyjnego, p N, p {2,3,...,10} s - tekst zawierający ciąg znaków ASCII przedstawiających poprawny zapis liczby. Dane wyjściowe
Liczba L będąca wartością liczby o podstawie p i zapisanej w postaci ciągu znaków s. L R+
Zmienne pomocnicze i funkcje
w - odwrotność wagi pozycji ostatniej cyfry, w N u - informuje o napotkaniu przecinka, u {true, false} i - numer kolejnego znaku w zmiennej s, i N kod(znak) - funkcja zwraca kod ASCII znaku długość(tekst) - zwraca liczbę znaków zawartych w tekście
krok 1: Czytaj p i s krok 2: L 0; w p; u false krok 3: Dla i = 1,2,...,długość(s) wykonuj kroki 4...6. krok 4: Jeśli s[i] = ",", to u true i idź do kroku 7 krok 5: c kod(s[i]) - kod("0") krok 6: Jeśli u = true, to L L + c : w; w w x p. Inaczej L L x p + c krok 7: Pisz L i zakończ algorytm
Odczytujemy podstawę p oraz zapis liczby w zmiennej łańcuchowej s. Nasz algorytm zakłada, iż kolejne znaki w s są umieszczone na pozycjach numerowanych od 1 (w językach C++, Python oraz JavaScript znaki są numerowane od pozycji 0 - należy zatem zastosować odpowiednią poprawkę).
Algorytm wykorzystuje schemat Hornera do wyznaczenia wartości części całkowitej oraz wzór podstawowy do wyznaczenia części ułamkowej liczby. Zwróć uwagę, iż zastosowany tutaj schemat Hornera różni się nieco od podanego wcześniej. Różnica polega na tym, iż rozpoczynamy od ustawienia wartości wyznaczanej liczby L na 0 (a nie na wartość pierwszej cyfry). Dzięki temu podejściu znacznie upraszcza się algorytm.
Zmienna u pełni rolę znacznika przecinka (u jak ułamek). Początkowo ustawiamy ją na false, co spowoduje, iż algorytm będzie wyznaczał wartość części całkowitej liczby.
Rozpoczynamy pętlę iteracyjną sterowaną przez zmienną i. Zadaniem tej pętli jest przeglądnięcie wszystkich znaków w odczytanym tekście s. Gdy pętla się zakończy w L mamy obliczoną wartość liczby. Wyświetlamy ją i kończymy algorytm.
Wewnątrz pętli najpierw sprawdzamy, czy bieżącym znakiem jest przecinek. Jeśli tak, to ustawiamy na true znacznik przecinka u, co spowoduje, iż algorytm będzie wyznaczał wartość części ułamkowej liczby. Po ustawieniu tego znacznika rozpoczynamy kolejny obieg pętli.
Jeśli bieżącym znakiem nie jest przecinek, to zakładamy, iż jest nim cyfra. Wyznaczamy jej wartość i wynik umieszczamy w zmiennej c.
Następnie w zależności od stanu logicznego znacznika u wyliczamy wartość części całkowitej (u=false) lub ułamkowej (u=true). W części całkowitej stosujemy schemat Hornera. W części ułamkowej dzielimy cyfrę przez odwrotność wagi jej pozycji (zmienna w) i dodajemy do wyliczanej wartości liczby L. Po tej operacji wyliczamy odwrotność wagi następnej pozycji ułamkowej.
Kontynuujemy kolejny obieg pętli aż do przetworzenia wszystkich znaków w s.
Poniższe, przykładowe programy są praktyczną realizacją omawianego w tym rozdziale algorytmu. Zapewne można je napisać bardziej efektywnie. To już twoje zadanie. Dokładny opis stosowanych środowisk programowania znajdziesz we wstępie. Programy przed opublikowaniem w serwisie edukacyjnym zostały dokładnie przetestowane. Jeśli jednak znajdziesz jakąś usterkę (co zawsze może się zdarzyć), to prześlij o niej informację do autora. Pozwoli to ulepszyć nasze artykuły. Będziemy Ci za to wdzięczni.
Na podstawie algorytmu tworzymy programy wyznaczające wartość dziesiętną liczby stałoprzecinkowej zapisanej w systemie pozycyjnym o podstawie od 2 do 10. Zwróć uwagę, iż algorytm nie sprawdza poprawności danych wprowadzonych przez użytkownika.
Wydruk z uruchomionego programu |
---|
Obliczanie wartości liczby stałoprzecinkowej |
Microsoft Visual Basic 2005 Express Edition |
GNU Free Documentation License.
Źródło: mgr Jerzy Wałaszek