Java常用数字工具类 大数乘法、加法、减法运算(2)
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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