[Guava使用教程]-数学运算
内容
- 基本的独立数学函数根据涉及的主要数字类型分为IntMath、LongMath、DoubleMath和BigIntegerMath。这些类具有并行结构,但每个类只支持函数的相关子集。请注意,在
com.google.common.primitives
类中也可以找到类似的函数,它们本质上不那么数学化。 - 为单个和成对的数据集提供了各种统计计算(平均值、中位数等)。从阅读本文开始,而不仅仅是浏览Javadoc。
- LinearTransformation 表示
y = mx + b
的两个值之间的线性变换; 例如,英尺和米之间的换算,或者凯尔文和摄氏温度之间的换算。
示例:
int logFloor = LongMath.log2(n, FLOOR);
int mustNotOverflow = IntMath.checkedMultiply(x, y);
long quotient = LongMath.divide(knownMultipleOfThree, 3, RoundingMode.UNNECESSARY); // fail fast on non-multiple of 3
BigInteger nearestInteger = DoubleMath.roundToBigInteger(d, RoundingMode.HALF_EVEN);
BigInteger sideLength = BigIntegerMath.sqrt(area, CEILING);
为什么使用Guava Math
- Guava Math针对各种不常见的溢出情况都有充分的测试;对溢出语义,Guava文档也有相应的说明;如果运算的溢出检查不能通过,将导致快速失败;
- Guava Math的性能经过了精心的设计和调优;虽然性能不可避免地依据具体硬件细节而有所差异,但Guava Math的速度通常可以与Apache Commons 的
MathUtils
相比,在某些场景下甚至还有显著提升; - Guava Math在设计上考虑了可读性和正确的编程习惯;
IntMath.log2(x, CEILING)
所表达的含义,即使在快速阅读时也是清晰明确的。而32-Integer.numberOfLeadingZeros(x – 1)
对于阅读者来说则不够清晰。
注意:Guava Math和GWT格外不兼容,这是因为Java和Java Script语言的运算溢出逻辑不一样。
整数运算
Guava Math主要处理三种整数类型:int
、long
和BigInteger
。这三种类型的运算工具类分别叫做IntMath、LongMath和 BigIntegerMath。
有溢出检查的运算
Guava Math提供了若干有溢出检查的运算方法:结果溢出时,这些方法将快速失败而不是忽略溢出
IntMath | LongMath |
---|---|
IntMath.checkedAdd | LongMath.checkedAdd |
IntMath.checkedSubtract | LongMath.checkedSubtract |
IntMath.checkedMultiply | LongMath.checkedMultiply |
IntMath.checkedPow | LongMath.checkedPow |
IntMath.checkedAdd(Integer.MAX_VALUE, Integer.MAX_VALUE); // throws ArithmeticException
实数运算
IntMath
、LongMath
和BigIntegerMath
提供了很多实数运算的方法,并把最终运算结果舍入成整数。这些方法接受一个 java.math.RoundingMode枚举值作为舍入的模式:
- DOWN:向零方向舍入(去尾法)
- UP:远离零方向舍入
- FLOOR:向负无限大方向舍入
- CEILING:向正无限大方向舍入
- UNNECESSARY:不需要舍入,如果用此模式进行舍入,应直接抛出 ArithmeticException
- HALF_UP:向最近的整数舍入,其中 x.5 远离零方向舍入
- HALF_DOWN:向最近的整数舍入,其中 x.5 向零方向舍入
- HALF_EVEN:向最近的整数舍入,其中 x.5 向相邻的偶数舍入
这些方法旨在提高代码的可读性,例如,divide(x, 3, CEILING)
即使在快速阅读时也是清晰。此外,这些方法内部采用构建整数近似值再计算的实现,除了在构建sqrt
(平方根)运算的初始近似值时有浮点运算,其他方法的运算全过程都是整数或位运算,因此性能上更好。
Operation | IntMath | LongMath | BigIntegerMath |
---|---|---|---|
Division | divide(int, int, RoundingMode) | divide(long, long, RoundingMode) | divide(BigInteger, BigInteger, RoundingMode) |
Base-2 logarithm | log2(int, RoundingMode) | log2(long, RoundingMode) | log2(BigInteger, RoundingMode) |
Base-10 logarithm | log10(int, RoundingMode) | log10(long, RoundingMode) | log10(BigInteger, RoundingMode) |
Square root | sqrt(int, RoundingMode) | sqrt(long, RoundingMode) | sqrt(BigInteger, RoundingMode) |
BigIntegerMath.sqrt(BigInteger.TEN.pow(99), RoundingMode.HALF_EVEN);
// returns 31622776601683793319988935444327185337195551393252
附加功能
Guava还另外提供了一些有用的运算函数
Operation | IntMath | LongMath | BigIntegerMath |
---|---|---|---|
Greatest common divisor | gcd(int, int) | gcd(long, long) | In JDK: BigInteger.gcd(BigInteger) |
Modulus (always nonnegative, -5 mod 3 is 1) | mod(int, int) | mod(long, long) | In JDK: BigInteger.mod(BigInteger) |
Exponentiation (may overflow) | pow(int, int) | pow(long, int) | In JDK: BigInteger.pow(int) |
Power-of-two testing | isPowerOfTwo(int) | isPowerOfTwo(long) | isPowerOfTwo(BigInteger) |
Factorial (returns MAX_VALUE if input too big) | factorial(int) | factorial(int) | factorial(int) |
Binomial coefficient (returns MAX_VALUE if too big) | binomial(int, int) | binomial(int, int) | binomial(int, int) |
浮点数运算
JDK比较彻底地涵盖了浮点数运算,但Guava在DoubleMath类中也提供了一些有用的方法。
Method | Description |
---|---|
isMathematicalInteger(double) | 判断该浮点数是不是一个整数 |
roundToInt(double, RoundingMode) | 舍入为int ;对无限小数、溢出抛出异常 |
roundToLong(double, RoundingMode) | 舍入为long ;对无限小数、溢出抛出异常 |
roundToBigInteger(double, RoundingMode) | 舍入为BigInteger ;对无限小数抛出异常 |
log2(double, RoundingMode) | 2的浮点对数,并且舍入为int ,比JDK的Math.log(double) 更快 |