控制Python浮点数输出位数

技术背景

在Python的一些长效任务中,不可避免的需要向文本文件、二进制文件或者数据库中写入一些数据,或者是在屏幕上输出一些文本,此时如何控制输出数据的长度是需要我们注意的一个问题。比如对于一个二进制文件,如果输出的浮点数长度一直在发生变化,则写入到文件之后,读取的人按照比特位进行读取就会读到一堆错误的数据。因此,我们需要控制输出位数,尤其是浮点数要格外小心。

常规控制方法

一般情况下,我们可以通过round来设置输出浮点数的有效数字,其原理是对于一个给定的浮点数直接取前n位的有效数字,后续的数字四舍五入。而%.4f{:.4f}这两种格式化,是在输出时取小数点后4位打印,跟先取有效数字再打印是不一样的,后面会提到。先看下这几个方式的输出异同点:

In [1]: pi_10=31.415926

In [2]: print (round(pi_10,4))
31.4159

In [3]: print ('%.4f' % pi_10)
31.4159

In [4]: print ('{:.4f}'.format(pi_10))
31.4159

上面的例子是小数点前和小数点后都有多位数字,另外类似的可以看下小数点前只有0的数字的输出结果:

In [5]: pi_10=0.31415926

In [6]: print (round(pi_10,4))
0.3142

In [7]: print ('{:.4f}'.format(pi_10))
0.3142

In [8]: print ('%.4f' % pi_10)
0.3142

在上面的两个案例中,我们发现三者的输出结果都是一样的。但是前面提到了先取有效数字再输出,跟先输出再取有效数字的区别,可以通过下面的一个案例体现出来:

In [9]: pi_10=3.1415926E-08

In [10]: print (round(pi_10,4))
0.0

In [11]: print ('{:.4f}'.format(pi_10))
0.0000

In [12]: print ('%.4f' % pi_10)
0.0000

这里的输入是一个小数点后有很多0的浮点数,但是这里用的是科学计数法,也就是\(3.1415926*10^{-8}\),此时我们用这三种输出方式,得到的结果全都是0,而且第一种方案更是直接小数点后都没满4位。这是因为在用round取有效数字时,发现小数点后的数字太多,把当前的浮点数直接当成了0.0而不是0.0000,而后面两个方案的过程更像是在打印出来这个数字之后,再把超过有效位数的数字去掉,因此会保留小数点后的4个0。但是,即使如此,得到的结果也不是我们所想要的结果。因为这个数字虽然很小,但是可能只是由于单位问题,并不代表这个数字产生的影响就是0,因此直接用这种取小数点后有效数字的方法可能会出问题。

取有效数字

这里我们要介绍的取有效数字的方法,不再是去小数点后的有效数字,而是整体的有效数字。方法也很简单,就是把上一个章节中的{:.4f}改成{:.4},同样的可以通过这么几个案例来理解控制有效数字的结果:

In [13]: pi_10=3.1415926E-08

In [14]: print ('{:.4}'.format(pi_10))
3.142e-08

In [15]: pi_10=0.31415926

In [16]: print ('{:.4}'.format(pi_10))
0.3142

In [17]: pi_10=31.415926

In [18]: print ('{:.4}'.format(pi_10))
31.42

我们发现,输出的结果会根据输入的格式改变而改变,如果输入的小数位0过多,输出结果会被自动转换成科学计数法。而不仅仅是针对浮点数,{:.4}还可以作用在字符串中,效果如下:

In [19]: string='Hello World!'

In [20]: print ('{:.4}'.format(string))
Hell

总结概要

在python的输出结果中,尤其是浮点数的输出,当我们需要写入文本文件时,最好是采用统一的输出格式,这样也能够增强结果的可读性。而对于浮点数输出位数的控制,可以通过{:.4f}、%.4f来指定打印或者输出时的字符串占据空间,也可以通过round函数来对输出前的结果进行转化。而如果是取有效数字,需要用到{:.4},这几种方法没有优劣,只有看不同的场景,选取不同的精度控制方案。

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