制表人的困境:我们寻找最坏的情况。

文森特·列斐尔Jean-Michel牛仔裤穆勒项目喷气发动机阿伦奈尔实验室LIP公司,
里昂师范学院,意大利Allée d’Italie 46号,69364 Lyon Cedex 07,法国。

上次修改时间:2003年10月28日。

什么是制表师的困境?

设f是超越函数(正弦、余弦、指数,对数…)。f不能在有限的步骤中精确计算。这个只有我们能做的就是计算近似值至f。

我们假设输入和输出值用相同的浮点格式,带有n位尾数(我们的目标格式测试为IEEE-754双精度)。假设给定的舍入模式,被选中的在IEEE标准定义的4种舍入模式中(朝向+无穷大,朝向-无穷大、朝向0或最接近)。我们的目标是实施具有正确舍入的最常见的初等函数,即如果你取整了,一定要把你得到的东西还回来(根据被选中的舍入模式)精确、无限精确的结果。

假设我们计算y=f(x)。因为精确的结果y不能是已知,我们只能计算一个近似值y*,但有相对误差2^(-m)(m显著大于n)。我们绕过这个中间层值。。。希望这等同于对y进行四舍五入。通过这样做,我们可以如果y非常接近一个可精确表示的数字(对于四舍五入朝向0,+无穷大或-无穷大),或如果y非常接近中点两个连续的可精确表示的数字(用于四舍五入到最接近)。

这个制表人的困境包括为给定的功能和给定的域,m的最小值,以便四舍五入近似值y*总是给出与精确值y四舍五入相同的结果。这个通过查找“最坏情况”,即域,使f(x)最接近精确表示的值x或两个完全可代表的数字的中点。

最坏情况生成

使用算法由于到V.Lefèvre以及由大约100个工作站组成的网络,我们发现了一些函数的最坏情况。我们还在计算新的最坏的情况,每次我们都会更新最坏情况的数据库得到一个新值。点击这里可以得到已经计算出的最坏情况例如,对于e^4=54.598…和e^8=2980.957…之间的对数函数,单位为IEEE-754标准双精度算法,最坏的情况是:

日志110101100.01010000101101000000100111001000101011101110
=110.00%1110101001011110011011110101110110011111100111^{60}0101...

其中1^{60}表示“连续60个一”。这意味着如果近似计算是这样的,我们可以保证至少115个有效数字,然后我们将能够始终返回正确的四舍五入对数这个考虑域。

单击此处转到最坏情况的数据库

参考和链接

威廉卡汉的与IEEE标准754二进制浮点相关的文件算术

文森特·莱夫尔(Vincent Lefèvre)、珍妮·米歇尔·穆勒(Jean-Michel Muller)和阿诺德·蒂塞兰德(Arnaud Tisserand)制表人的困境,电气与电子工程师协会交易在计算机上,第47卷第11期,1998年11月。

V.Lefèvre,算法计算线段之间距离的下限和mathbbZ^2,研究报告97-18,信息实验室1997年,法国里昂。

J.M.Muller,初级功能,算法和实现博克豪斯波士顿出版社,1997年。

David Hough的页面(带链接Goldberg关于浮点运算的论文和Ng关于三角测量的参数减少)
 

致谢

如果没有工作站属于实验室LIP和Ecole法线(Normale)里昂高等法院。埃科勒法线(Normale)里昂最高法院也给了我们一笔“BQR”拨款来帮助我们正在做本研究。我们也得到了来自印度通过Fiable公司项目。获得精确的超越函数是这个阿伦奈尔项目。ARENAIRE是一个联合项目中国科学院里昂师范学院印度.