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JS를 사용하여 소수점 100자리까지 파이를 계산하는 구현 단계에 대한 자세한 설명

php中世界最好的语言
풀어 주다： 2018-05-23 10:54:55
원래의
2602명이 탐색했습니다.

이번에는 JS로 소수점 이하 100자리까지 파이를 계산하는 구현 단계에 대해 자세히 설명하겠습니다. JS로 소수점 이하 100자리까지 파이를 계산하는 노트는 무엇인가요? 사례를 살펴보겠습니다.

부동소수점수의 유효숫자는 16입니다. 유효숫자 100개를 저장할 수 있는 대수 클래스를 직접 만들어서 대수 클래스의 기본 연산을 구현해봤습니다. 이를 사용하여 파이(원 절단법, 즉 다각형 근사법)를 계산했는데, 소수점 이하 유효숫자가 100개나 되었는데, 계산 결과를 마신의 공식과 비교해 보니 오류가 없었습니다. 약 2초 정도 소요됩니다.

전체 예는 다음과 같습니다. 

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>js计算圆周率</title>
</head>
<body>
<script>
<!--
function BigNum(str, n, b)
{
  /*
   BigNum -- 大数类
   私有成员：
         data -- 119 位数字，放在长度为 17 的数组里，每个数组元素存放 7 位数字。
         decimal_place -- 小数点的位置，从最左位开始算。
         positive -- 是否是正数。
         recalc() -- 为了尽可能存放最多的有效数位，去除前缀的 0，并重新计算小数点位置。
         init() -- 部分初始化工作。
   公有成员：
         BigNum( String str, INT n, BOOL b) --
              构造函数。参数：str -- 字符串，各个有效数位；n -- 整数，小数点位置，从最左位开始算，比如 BigNum("123", 2) = 12.3; BigNum("123", 0) = 0.123; BigNum("123", -2) = 0.00123；b -- 布尔值，是否是正数。
         Add( BigNum num ) -- 加法。
         Subtract( BigNum num ) -- 减法。
         Multiply( BigNum num ) -- 乘法。
         pide( BigNum num ) -- 除法。
         SquareRoot() -- 平方根。
         toString() -- 转换为字符串（包括小数点），以便以文本形式输出计算结果。
         Clone() -- 复制。
  */
  this.recalc = function() /* 去除前缀的 0，并重新计算小数点位置 */
  {
    for(var i = 0; i < 17; i ++)
    {
       if(this.data[0] != 0) break;
       this.data.shift();
       this.data.push(0);
       this.decimal_place --;
    }
  }
  this.init = function() /* 部分初始化工作 */
  {
    this.decimal_place = Math.ceil( n / 7 ); //小数点位置
    this.data = new Array(17); //保存有效数位的数组
    if(n % 7 > 0)
    {
       var arr = new Array( 8 - n % 7 );
    }
    else
    {
       var arr = new Array( 1 - n % 7 );
    }
    str = arr.join("0") + str;
    if(str.length > 119)
    {
       str = str.substr(0, 119);
    }
    else if(str.length < 119)
    {
       var arr = new Array(120 - str.length);
       str += arr.join("0");
    }
    for( var i = 0; i < 17; i ++ )
    {
       this.data[i] = parseInt( str.substr(i * 7, 7) , 10 );
    }
  }
  /* 初始化开始 */
  this.positive = b;
  if( ! /^0*$/.test(str) )
  {
    this.init();
    this.recalc();
  }
  else
  {
    this.data = new Array(17);
    for( var i = 0; i < 17; i ++ )
    {
       this.data[i] = 0;
    }
    this.decimal_place = 0;
  }
  /* 初始化结束 */
  this.Add = function(num) /* 加法 */
  {
    if(this.positive && !num.positive)
    {
       num.positive = true;
       var result = this.Subtract(num);
       num.positive = false;
       return result;
    }
    else if(num.positive && !this.positive)
    {
       this.positive = true;
       var result = num.Subtract(this);
       this.positive = false;
       return result;
    }
    var result = new BigNum("", 0, this.positive);
    var num1,num2;
    if(this.decimal_place >= num.decimal_place)
    {
       num1 = this;
       num2 = num;
    }
    else
    {
       num1 = num;
       num2 = this;
    }
    result.decimal_place = num1.decimal_place;
    if(num1.decimal_place - num2.decimal_place >= 17)
    {
       for(var i = 0; i < 17; i ++)
       {
         result.data[i] = num1.data[i];
       }
       return result;
    }
    var nOffDec = num1.decimal_place - num2.decimal_place;
    var nTmp = 0;
    for( var i = 16; i >= 0; i -- )
    {
       var nTmp1 = i - nOffDec;
       var nTmp2 = 0;
       if(nTmp1 >= 0)
       {
         nTmp2 = num1.data[i] + num2.data[nTmp1];
       }
       else
       {
         nTmp2 = num1.data[i];
       }
       nTmp2 += nTmp;
       nTmp = Math.floor(nTmp2 / 10000000);
       result.data[i] = nTmp2 % 10000000;
    }
    if(nTmp > 0)
    {
       result.data.unshift(nTmp);
       result.decimal_place ++;
    }
    return result;
  }
  this.Subtract = function(num) /* 减法 */
  {
    if(this.positive && !num.positive)
    {
       num.positive = true;
       var result = this.Add(num);
       num.positive = false;
       return result;
    }
    else if(!this.positive && num.positive)
    {
       this.positive = true;
       var result = this.Add(num);
       result.positive = false;
       this.positive = false;
       return result;
    }
    else
    {
       var num1 = num2 = null;
       var bPositive;
       if(this.decimal_place > num.decimal_place)
       {
         num1 = this;
         num2 = num;
         bPositive = this.positive;
       }
       else if(this.decimal_place < num.decimal_place)
       {
         num1 = num;
         num2 = this;
         bPositive = !this.positive;
       }
       else
       {
         for( var i = 0; i < 17; i ++ )
         {
           if(this.data[i] > num.data[i])
           {
              num1 = this;
              num2 = num;
              bPositive = this.positive;
              break;
           }
           else if(this.data[i] < num.data[i])
           {
              num1 = num;
              num2 = this;
              bPositive = !this.positive;
              break;
           }
         }
       }
       if( num1 == null)
       {
         return new BigNum("", 0, true);
       }
       else
       {
         if(num1.decimal_place - num2.decimal_place >= 17)
         {
           var result = new BigNum("", 0, bPositive);
           for(var i = 0; i < 17; i ++)
           {
              result.data[i] = num1.data[i];
           }
           result.decimal_place = num1.decimal_place;
           return result;
         }
         var result = new BigNum("", 0, bPositive);
         result.decimal_place = num1.decimal_place;
         var nOffDec = num1.decimal_place - num2.decimal_place;
         var nTmp = 0;
         for( var i = 16; i >= 0; i -- )
         {
           var nTmp1 = i - nOffDec;
           var nTmp2 = 0;
           if(nTmp1 >= 0)
           {
              nTmp2 = 10000000 + nTmp + num1.data[i] - num2.data[nTmp1];
           }
           else
           {
              nTmp2 = 10000000 + nTmp + num1.data[i];
           }
           if(nTmp2 >= 10000000)
           {
              result.data[i] = nTmp2 - 10000000;
              nTmp = 0;
           }
           else
           {
              result.data[i] = nTmp2;
              nTmp = -1;
           }
         }
         result.recalc();
         return result;
       }
    }
  }
  this.Multiply = function(num) /* 乘法 */
  {
    var bPositive;
    var nDecimalPlace = this.decimal_place + num.decimal_place - 1;
    if(this.positive == num.positive)
    {
       bPositive = true;
    }
    else
    {
       bPositive = false;
    }
    var result = new BigNum("", 0, bPositive);
    var nTmpData = 0;
    for( var i = 16; i >= 0; i -- )
    {
       for( var j = 16; j >= 0; j -- )
       {
         if(isNaN(result.data[j + i]))
           result.data[j + i] = 0;
         result.data[j + i] += this.data[j] * num.data[i];
         if(result.data[j + i] >= 10000000)
         {
           if( j + i -1 >= 0 )
           {
              result.data[j + i -1] += Math.floor(result.data[j + i] / 10000000);
           }
           else
           {
              nTmpData += Math.floor(result.data[j + i] / 10000000);
           }
           result.data[j + i] = result.data[j + i] % 10000000;
         }
       }
    }
    if(nTmpData > 0)
    {
       result.data.unshift(nTmpData);
       result.data.pop();
       nDecimalPlace ++;
    }
    result.decimal_place += nDecimalPlace;
    return result;
  }
  this.pide = function(num) /* 除法 */
  {
    var bPositive;
    var nDecimalPlace = this.decimal_place - num.decimal_place + 1;
    if(this.positive == num.positive)
    {
       bPositive = true;
    }
    else
    {
       bPositive = false;
    }
    var result = new BigNum("", 0, bPositive);
    var arrTemp = new Array(17);
    for( var i = 0; i < 17; i ++ )
    {
       arrTemp[i] = this.data[i];
    }
    var bTest = true;
    var nTest = 0;
    for( var i = 0; i < 17; i ++ )
    {
       if(bTest)
       {
         nTest = Math.floor( ( arrTemp[0] * 10000000 + arrTemp[1] ) / ( num.data[0] * 10000000 + num.data[1] ) );
       }
       else
       {
         bTest = true;
       }
       if(nTest == 0)
       {
         result.data[i] = 0;
         arrTemp[1] += arrTemp[0] * 10000000;
         arrTemp.shift();
         arrTemp.push(0);
         continue;
       }
       var arrTemp1 = new Array(17);
       for( var j = 0; j < 17; j ++ )
       {
         arrTemp1[j] = 0;
       }
       for( var j = 16; j >= 0; j -- )
       {
         arrTemp1[j] += nTest * num.data[j];
         if(arrTemp1[j] >= 10000000)
         {
           if(j != 0)
           {
              arrTemp1[j - 1] += Math.floor( arrTemp1[j] / 10000000);
              arrTemp1[j] = arrTemp1[j] % 10000000;
           }
         }
       }
       for( var j = 0; j < 17; j ++ )
       {
         if(arrTemp[j] < arrTemp1[j])
         {
           bTest = false;
           break;
         }
         else if(arrTemp[j] > arrTemp1[j])
         {
           break;
         }
       }
       if(bTest)
       {
         result.data[i] = nTest;
         for( var j = 16; j >= 0; j -- )
         {
           if(arrTemp[j] >= arrTemp1[j])
           {
              arrTemp[j] -= arrTemp1[j];
           }
           else
           {
              arrTemp[j] = 10000000 + arrTemp[j] - arrTemp1[j];
              arrTemp[j - 1] --;
           }
         }
       }
       else
       {
         nTest --;
         i --;
         continue;
       }
       arrTemp[1] += arrTemp[0] * 10000000;
       arrTemp.shift();
       arrTemp.push(0);
    }
    result.decimal_place = nDecimalPlace;
    result.recalc();
    return result;
  }
  this.SquareRoot = function() /* 平方根 */
  {
    var result = new BigNum("", 0, true);
    nDecimalPlace = Math.ceil(this.decimal_place / 2);
    var arrTemp = new Array(17);
    for(var i = 0; i < 17; i ++)
    {
       arrTemp[i] = this.data[i];
    }
    var bTest = true;
    for(var i = 0; i < 17; i ++)
    {
       if( i == 0 )
       {
         if(this.decimal_place % 2 == 0)
         {
           var nTemp = arrTemp[0] * 10000000 + arrTemp[1];
           var nTemp1 = Math.floor( Math.sqrt( nTemp ) );
           var nTemp2 = nTemp - nTemp1 * nTemp1;
           arrTemp[0] = 0;
           arrTemp[1] = nTemp2;
           arrTemp.shift();
           arrTemp.push(0);
         }
         else
         {
           var nTemp1 = Math.floor( Math.sqrt( arrTemp[0] ) );
           var nTemp2 = arrTemp[0] - nTemp1 * nTemp1;
           arrTemp[0] = nTemp2;
         }
       }
       else
       {
         if(bTest)
         {
           if( i == 1 )
           {
              nTemp1 = Math.sqrt( (arrTemp[0] * 10000000 + arrTemp[1]) + 100000000000000 * Math.pow(result.data[0], 2) ) - 10000000 * result.data[0];
              nTemp1 = Math.floor(nTemp1);
           }
           else
           {
              nTemp = result.data[0] * 10000000 + result.data[1];
              nTemp1 = Math.floor( ( arrTemp[0] * 10000000 + arrTemp[1] ) / ( 2 * nTemp ) );
           }
         }
         else
         {
           bTest = true;
         }
         var arrTemp1 = new Array(17);
         var nTemp3 = 0
         for( var j = i - 1; j >= 0; j -- )
         {
           arrTemp1[j] = result.data[j] * 2 + nTemp3;
           if( arrTemp1[j] >= 10000000 && j > 0 )
           {
              nTemp3 = 1;
              arrTemp1[j] = arrTemp1[j] % 10000000;
           }
           else
           {
              nTemp3 = 0;
           }
         }
         arrTemp1[i] = nTemp1;
         nTemp3 = 0;
         for( var j = i; j >= 0; j -- )
         {
           arrTemp1[j] = arrTemp1[j] * nTemp1 + nTemp3;
           if( arrTemp1[j] >= 10000000 && j > 0 )
           {
              nTemp3 = Math.floor( arrTemp1[j] / 10000000 );
              arrTemp1[j] = arrTemp1[j] % 10000000;
           }
           else
           {
              nTemp3 = 0;
           }
         }
         var arrTemp2 = new Array(17);
         for( var j = 0; j < 17; j ++ )
         {
           arrTemp2[j] = arrTemp[j];
         }
         for( var j = i; j >= 0; j -- )
         {
           if( arrTemp2[j] >= arrTemp1[j] )
           {
              arrTemp2[j] -= arrTemp1[j];
           }
           else
           {
              if(j > 0)
              {
                arrTemp2[j] = arrTemp2[j] + 10000000 - arrTemp1[j];
                arrTemp2[j - 1] --;
              }
              else
              {
                bTest = false;
                break;
              }
           }
         }
         if(bTest)
         {
           arrTemp = arrTemp2;
         }
         else
         {
           nTemp1 --;
           i --;
           continue;
         }
       }
       result.data[i] = nTemp1;
       arrTemp[1] += arrTemp[0] * 10000000;
       arrTemp.shift();
       arrTemp.push(0);
    }
    result.decimal_place = nDecimalPlace;
    result.recalc();
    return result;
  }
  this.toString = function() /* 转换为字符串（包括小数点），以便以文本形式输出计算结果 */
  {
    var szData = "";
    var szOutPut = "";
    this.recalc();
    for( var i = 0; i < 17; i ++ )
    {
       var szTmpData = this.data[i].toString()
       var arr = new Array(8 - szTmpData.length);
       szData += arr.join("0") + szTmpData;
    }
    if( /^0*$/.test(szData) )
    {
       return "0";
    }
    var n = this.decimal_place * 7;
    for(var i = 0; i < 7; i++)
    {
       if(szData.substr(i, 1) != 0) break;
       n --;
    }
    szData = szData.replace(/^0+/g,"");
    szData = szData.substr(0, 101);
    szData = szData.replace(/0+$/g,"");
    if( n < 1 )
    {
       szOutPut = szData.substr(0, 1) + 
         ( ( szData.length > 1 ) ? "." : "" ) + 
         szData.substr(1) + "e" + ( n - 1 ).toString();
    }
    else if(n == szData.length)
    {
       szOutPut = szData;
    }
    else if(n > szData.length)
    {
       szOutPut = szData.substr(0, 1) + "." + szData.substr(1) + "e+" + (n - 1).toString();
    }
    else
    {
       szOutPut = szData.substr(0, n) + "." + szData.substr(n);
    }
    return ( this.positive ? "" : "-" ) + szOutPut;
  }
  this.Clone = function()   /* 复制 */
  {
    var result = new BigNum("", 0, true);
    for( var i = 0; i < 17; i ++)
    {
       result.data[i] = this.data[i];
    }
    result.decimal_place = this.decimal_place;
    result.positive = this.positive;
    return result;
  }
}
var a = new BigNum("1", 1, true)
var count = 168;
var nTwo = new BigNum("2", 1, true);
function loop(intTmpvar,intCount)
{
  if(intCount == 0) return intTmpvar;
  var v1 = intTmpvar.pide( nTwo );
  var v11 = v1.Clone();
  var nTemp = v1.Multiply( v11 );
  var a1 = a.Clone();
  a1 = a.Multiply(a1);
  var nTemp1 = a1.Subtract( nTemp )
  v2 = nTemp1.SquareRoot();
  v3 = a.Subtract( v2 );
  var v31 = v3.Clone();
  var nTemp2 = v3.Multiply( v31 );
  var nTemp3 = nTemp2.Add(nTemp);
  v4 = nTemp3.SquareRoot();
  return loop( v4 , -- intCount )
}
var a1 = a.Clone();
var nTemp = a.Multiply(a1);
var nTemp1 = nTemp.Clone();
nTemp = nTemp.Add(nTemp1);
nTemp = loop(nTemp.SquareRoot(), count);
var nFour = new BigNum("4", 1, true);
nTemp = nTemp.Multiply( nFour );
nTemp1 = new BigNum("2", 1, true);
var nTemp2 = new BigNum("2", 1, true);
for(var i = 0; i < count - 1; i ++)
{
  nTemp1 = nTemp1.Multiply( nTemp2 );
}
nTemp = nTemp.Multiply( nTemp1 );
nTemp = nTemp.pide( nTwo );
nTemp = nTemp.pide( a );
document.write( nTemp )
//-->
</script>
</body>
</html>
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실행 결과:

3.14159265358979323846264338327950288419716939937510582097494459230781640628620899 86280 348253421170679

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