Augmenter une décimale à une puissance décimale?

Question

Le framework .net fournit à la classe Math une méthode pour alimenter double. Mais par exigence de précision, je dois élever un nombre décimal à une puissance décimale [Pow (décimal a, décimal b)]. Le cadre a-t-il une telle fonction? Est-ce que quelqu'un connaît une bibliothèque avec ce genre de fonction?

Answer 1

Pour résoudre mon problème, j'ai trouvé des séries d'expansion , et Je les ai fait implémenter pour résoudre l'équation X ^ n = e ^ (n * ln x).

// Adjust this to modify the precision
public const int ITERATIONS = 27;

// power series
public static decimal DecimalExp(decimal power)
{
    int iteration = ITERATIONS;
    decimal result = 1; 
    while (iteration > 0)
    {
        fatorial = Factorial(iteration);
        result += Pow(power, iteration) / fatorial;
        iteration--;
    }
    return result;
}

// natural logarithm series
public static decimal LogN(decimal number)
{
    decimal aux = (number - 1);
    decimal result = 0;
    int iteration = ITERATIONS;
    while (iteration > 0)
    {
        result += Pow(aux, iteration) / iteration;
        iteration--;
    }
    return result;
}

// example
void main(string[] args)
{
    decimal baseValue = 1.75M;
    decimal expValue = 1/252M;
    decimal result = DecimalExp(expValue * LogN(baseValue));
}

Les fonctions Pow () et Factorial () sont simples car la puissance est toujours un int (série de puissance intérieure).

Answer 2

Cela devrait être le plus rapide pour un entier positif Exponent et une base décimale:

// From http://www.daimi.au.dk/~ivan/FastExpproject.pdf
// Left to Right Binary Exponentiation
public static decimal Pow(decimal x, uint y){
    decimal A = 1m;
    BitArray e = new BitArray(BitConverter.GetBytes(y));
    int t = e.Count;

    for (int i = t-1; i >= 0; --i) {
        A *= A;
        if (e[i] == true) {
            A *= x;
        }
    }
    return A;
}

Answer 3

Voici un programme C # pour implémenter manuellement Math.Pow () avec un degré de précision supérieur à celui de l'implémentation double de .NET. Coupez et collez dans linqpad pour une exécution immédiate, ou remplacez le fichier .Dump () par Console.WriteLines.

J'ai inclus un test du résultat. Le test est le suivant:

1. Objectif = .4% pa avec une composition journalière sur 10 000
2. Answer = devrait être 10 040
3. How = décimal b = 10000; pour (int i = 0; i < 365; i ++) {b * = taux; } où taux = (1,004) ^ (1/365)

J'ai testé 3 implémentations de taux: (1) calcul manuel (2) Excel (3) Math.Pow

Le calcul manuel a le plus haut degré de précision. Les résultats sont:

Manually calculated rate:   1.0000109371043837652682334292
Excel rate:                 1.000010937104383712500000M [see formula =(1.004)^(1/365)]
Math.Pow rate:              1.00001093710438

Manual - .4%pa on R10,000:  10040.000000000000000000000131 
Excel - .4%pa on R10,000:   10039.999999999806627646709094 
Math.Pow - .4%pa on R10,000:10039.999999986201948942509648

J'ai également laissé quelques travaux supplémentaires à l'intérieur, ce qui m'a permis de déterminer le facteur factoriel le plus élevé pouvant s'intégrer dans un ulong (= 22).

Code Linqpad:

/*
a^b = exp(b * ln(a))
    ln(a) = log(1-x) = - x - x^2/2 - x^3/3 - ...   (where |x| < 1)
        x: a = 1-x    =>   x = 1-a = 1 - 1.004 = -.004
    y = b * ln(a)
    exp(y) = 1 + y + y^2/2 + x^3/3! + y^4/4! + y^5/5! + ...
        n! = 1 * 2 * ... * n        
*/

/*
//
// Example: .4%pa on R10,000 with daily compounding
//

Manually calculated rate:   1.0000109371043837652682334292
Excel rate:                 1.000010937104383712500000M =(1.004)^(1/365)
Math.Pow rate:              1.00001093710438

Manual - .4%pa on R10,000:  10040.000000000000000000000131 
Excel - .4%pa on R10,000:   10039.999999999806627646709094 
Math.Pow - .4%pa on R10,000:10039.999999986201948942509648 

*/

static uint _LOOPS = 10;    // Max = 22, no improvement in accuracy after 10 in this example scenario
//  8: 1.0000109371043837652682333497
//  9: 1.0000109371043837652682334295
// 10: 1.0000109371043837652682334292
// ...
// 21: 1.0000109371043837652682334292
// 22: 1.0000109371043837652682334292

// http://www.daimi.au.dk/~ivan/FastExpproject.pdf
// Left to Right Binary Exponentiation
public static decimal Pow(decimal x, uint y)
{
    if (y == 1)
        return x;

    decimal A = 1m;
    BitArray e = new BitArray(BitConverter.GetBytes(y));
    int t = e.Count;

    for (int i = t-1; i >= 0; --i) {
        A *= A;
        if (e[i] == true) {
            A *= x;
        }
    }
    return A;
}

// http://stackoverflow.com/questions/429165/raising-a-decimal-to-a-power-of-decimal
// natural logarithm series
public static decimal ln(decimal a)
{
    /*
    ln(a) = log(1-x) = - x - x^2/2 - x^3/3 - ...   (where |x| < 1)
        x: a = 1-x    =>   x = 1-a = 1 - 1.004 = -.004
    */
    decimal x = 1 - a;
    if (Math.Abs(x) >= 1)
        throw new Exception("must be 0 < a < 2");

    decimal result = 0;
    uint iteration = _LOOPS;
    while (iteration > 0)
    {
        result -= Pow(x, iteration) / iteration;
        iteration--;
    }
    return result;
}

public static ulong[] Fact = new ulong[] {
    1L,
    1L * 2,
    1L * 2 * 3,
    1L * 2 * 3 * 4,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11 * 12,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11 * 12 * 13,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11 * 12 * 13 * 14,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11 * 12 * 13 * 14 * 15,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11 * 12 * 13 * 14 * 15 * 16,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11 * 12 * 13 * 14 * 15 * 16 * 17,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11 * 12 * 13 * 14 * 15 * 16 * 17 * 18,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11 * 12 * 13 * 14 * 15 * 16 * 17 * 18 * 19,
    1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11 * 12 * 13 * 14 * 15 * 16 * 17 * 18 * 19 * 20,
    14197454024290336768L, //1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11 * 12 * 13 * 14 * 15 * 16 * 17 * 18 * 19 * 20 * 21,        // NOTE: Overflow during compilation
    17196083355034583040L, //1L * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11 * 12 * 13 * 14 * 15 * 16 * 17 * 18 * 19 * 20 * 21 * 22    // NOTE: Overflow during compilation
};

// http://stackoverflow.com/questions/429165/raising-a-decimal-to-a-power-of-decimal
// power series
public static decimal exp(decimal y)
{
    /*
    exp(y) = 1 + y + y^2/2 + x^3/3! + y^4/4! + y^5/5! + ...
    */

    uint iteration = _LOOPS;
    decimal result = 1; 
    while (iteration > 0)
    {
        //uint fatorial = Factorial(iteration);
        ulong fatorial = Fact[iteration-1];
        result += (Pow(y, iteration) / fatorial);
        iteration--;
    }
    return result;
}

void Main()
{   
    decimal a = 1.004M;
    decimal b = 1/365M;

    decimal _ln = ln(a);
    decimal y = b * _ln;
    decimal result = exp(y);
    result.Dump("Manual rate");

    decimal excel = 1.000010937104383712500000M;    // =(1.004)^(1/365)
    excel.Dump("Excel rate");


    decimal m = (decimal)Math.Pow((double)a,(double)b);
    m.Dump("Math.Pow rate");

    //(result - excel).Dump("Diff: Manual - Excel");
    //(m - excel).Dump("Diff: Math.Pow - Excel");

    var f = new DateTime(2013,1,1);
    var t = new DateTime(2014,1,1);
    Test(f, t, 10000, result, "Manual - .4%pa on R10,000");
    Test(f, t, 10000, excel, "Excel - .4%pa on R10,000");
    Test(f, t, 10000, m, "Math.Pow - .4%pa on R10,000");
}

decimal Test(DateTime f, DateTime t, decimal balance, decimal rate, string whichRate)
{
    int numInterveningDays = (t.Date - f.Date).Days;
    var value = balance;
    for (int i = 0; i < numInterveningDays; ++i)
    {
        value *= rate;
    }
    value.Dump(whichRate);
    return value - balance;
}

/*

// Other workings:

//
// Determine maximum Factorial for use in ln(a)
//

ulong max    =  9,223,372,036,854,775,807 * 2   // see http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ctetwysk.aspx
Factorial 21 = 14,197,454,024,290,336,768
Factorial 22 = 17,196,083,355,034,583,040
Factorial 23 = 8,128,291,617,894,825,984 (Overflow)

public static uint Factorial_uint(uint i)
{
    // n! = 1 * 2 * ... * n
    uint n = i;
    while (--i > 1)
    {
        n *= i;
    }
    return n;
}

public static ulong Factorial_ulong(uint i)
{
    // n! = 1 * 2 * ... * n
    ulong n = i;
    while (--i > 1)
    {
        n *= i;
    }
    return n;
}

void Main()
{
    // Check max ulong Factorial
    ulong prev = 0;
    for (uint i = 1; i < 24; ++i)
    {
        ulong cur = Factorial_ulong(i);
        cur.Dump(i.ToString());
        if (cur < prev)
        {
            throw new Exception("Overflow");
        }
        prev = cur;
    }
}
*/

Answer 4

Je pense que cela dépend beaucoup du nombre que vous prévoyez de brancher. Si "a" et "b" ne sont pas un "beau" numéro, vous obtiendrez probablement une valeur non terminable qu'il est impossible de stocker. et si C # BigDecimal se comporte du tout comme Java BigDecimal, il lève probablement une exception dans un tel cas.

Answer 5

Êtes-vous sûr de vouloir faire cela? Une multiplication decimal est environ 40 fois plus lente que celle de double, donc je m'attendrais à ce qu'une décimale Math.Pow() soit pratiquement inutilisable.

Si vous n'attendez que des puissances entières, cependant, je vous suggère d'utiliser l'algorithme de puissance basé sur des entiers qui a déjà été discuté ici sur SO.