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Java常用数字工具类 大数乘法、加法、减法运算(2)

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Java常用数字工具类 大数乘法、加法、减法运算(2)

上篇分享了一下数字转汉字的小功能,这里再分享一下大数相乘、相加、相减的功能。其他的不做过多的铺垫了,我先讲一下各个功能的计算原理。

Ⅰ. 乘法运算

为什么先说乘法运算——因为我先做了乘法运算。其实思路也是很多的,但是最终我参考了网络上的一种计算方案,然后做了很多的修改。感觉这个在思路上应该是比较简单的。

简单点说:把数拆分成整数小数分别进行乘法运算,然后将结果放入一个特定长度的数组中,在放入是要计算存放的偏移位置,最后再对这个进行处理(进位、标记等),得到最终的结果。
是不是有点晕。请我详细说一下吧:

  • 首先还得把数都拆成整数+小数,然后采用的是(x1+x2)(y1+y2)=x1y1+x1y2+x2y1+x2y2。这种方式来计算的,这样来算,都变成了整数的运算了。要简单很多。但是4个结果怎么累加起来计算呢,这就是第二步。
  • 要申明一个int数组,长度=整数长度和+小数长度和+1(小数点占1位)。通过实验,我们可以看到任意2个整数相乘结果都不会超过这2个数的长度和。
  • 人为计算乘法的时候就是按右向左一位一位的计算的(低位对齐),所以为了对齐低位,我们将整数和小数全部反转,并且转化为char数组,方便运算。然后进行4次乘法。
  • 按位进行乘法运算,采用双层for循环完成这个操作。这里最为天才的idea就是——不进位。当然必须得弄清楚整数相乘放在数组的哪些个位置、小数相乘存放的开始位置,以及整数和小数相乘结果存放的开始位置。
  • 处理结果集合,将>=10的做进位处理。
  • 这一步也是很有才的想法——对小数点位置进行标记,而不是直接替换成“.”(int数组也不能直接设定(/ □ \))。
  • 有了第6步的想法,就有了第7步的做法,处理整数部分头部的0和小数部分末尾的0,都是无效数字,这里同样采用标记的方式来处理
  • 最后将结果集合进行反转输出,遇到小数点标记和无效0标记直接替换和跳过。

这就是基本的思路了。后面又再次基础上加上了负数的判断、数字格式的判断等,自己看注释就可以明白了。
代码如下:

//标记为小数点 private static final int DOT=-99; //标记为无效数字 private static final int INVALID=-100;   public static String multiply(String a, String b){   //检查数字格式   checkNum(a);   checkNum(b);    //标记最终结果是否为负值   boolean minus=false;    //判断是否有带着-号   if(a.startsWith("-") || b.startsWith("-")){     //判断是否全带着-号     if(a.startsWith("-") && b.startsWith("-")){     }else{       //只有1个带着-号,则结果为负值       minus=true;     }     if(a.startsWith("-")){       a = a.substring(1);     }     if(b.startsWith("-")){       b = b.substring(1);     }   }    //获取a,b的整数和小数部分   String a_int = getInt(a);   String a_fraction = getFraction(a);   String b_int = getInt(b);   String b_fraction = getFraction(b);    //计算小数部分的总长度   int len_fraction = a_fraction.length() +b_fraction.length() ;    //a,b两个数乘积的最大位数不会超过总位数之和+小数点(1位)   int len = len_fraction +a_int.length()+b_int.length()+1;    //创建结果数组   int[] result = new int[len];//默认全为0    //为了方便计算,去掉小数点(最后在结果中加上小数点)   //并将高低位对调(反转是为了低位对齐),最终转化为char数组   char[] s_a_int = reverseStr(a_int);   char[] s_a_fraction = reverseStr(a_fraction);   char[] s_b_int = reverseStr(b_int);   char[] s_b_fraction = reverseStr(b_fraction);    //将a、b都拆分成整数+小数,然后   //采用(x1+x2)(y1+y2)=x1y1+x1y2+x2y1+x2y2公式,分别计算乘积   multiply(s_a_int, s_b_int, len_fraction, result);   multiply(s_a_int, s_b_fraction, (len_fraction-s_b_fraction.length), result);   multiply(s_b_int, s_a_fraction, (len_fraction-s_a_fraction.length), result);   multiply(s_a_fraction, s_b_fraction, 0, result);    // 处理结果集合,如果是大于10的就向前一位进位,本身进行除10取余   accumulateResultArrays(result);    //标记小数点位置   markDot(len_fraction, result);    //切掉无用的0   cutUnusedZero(len_fraction, result);    //然后将数据反转   return (minus?"-":"") + reverseResult(result); }   private static char[] reverseStr(String s) {   return new StringBuffer(s).reverse().toString().toCharArray(); }   private static void multiply(char[] a, char[] b, int start , int[] result){   // 计算结果集合   for (int i = 0; i < a.length; i++) {     for (int j = 0; j < b.length; j++) {       result[i + j + start] += (int) (a[i] - '0') * (int) (b[j] - '0');     }   } }   private static void accumulateResultArrays(int[] result) {   for (int i = 0; i < result.length; i++) {     if (result[i] >= 10) {       result[i + 1] += result[i] / 10;       result[i] %= 10;     }   } }   private static void markDot(int len_fraction, int[] result) {   if(len_fraction>0){     //标记小数点位置     for (int i = result.length-1 ; i > len_fraction; i--) {       result[i] = result[i-1];     }     result[len_fraction]=DOT;//标记小数点位置   } }   private static void cutUnusedZero(int len_fraction, int[] result) {   //去掉小数部分不必要的0   boolean flag_0_fraction = true;//标记一直是0   for (int i =0; i< len_fraction; i++) {     if(flag_0_fraction && result[i]==0){       result[i]=INVALID;//为0时标记为无效     }else{       flag_0_fraction=false;       break;     }   }    //去掉整数部分的0   boolean flag_0_int=true;   for (int i =result.length-1; i > len_fraction || (len_fraction==0 && i==0); i--) {     if(flag_0_int && result[i]==0){       result[i]=INVALID;//为0时标记为无效     }else{       flag_0_int=false;//遇到不为0时,停止。       break;     }   }   if(flag_0_int){//整数部分全为0     result[len_fraction+1]=0;     if(flag_0_fraction){//同时,小数部分也全为0       result[len_fraction]=INVALID;//不需要小数点了,所以置为无效     }   }else{//整数部分不为0     if(flag_0_fraction && len_fraction>0){//小数部分全为0       result[len_fraction]=INVALID;//不需要小数点了,所以置为无效     }   } }   private static String reverseResult(int[] result) {   //反转   StringBuffer sb = new StringBuffer();   for (int i = result.length - 1; i >= 0; i--) {     if(result[i]>INVALID){       sb.append(result[i]==DOT ? "." : result[i]);     }   }   return sb.toString(); } 

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2023-05-31

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