Java 高精度的大数字运算方式
作者：郎涯技术
这篇文章主要介绍了Java 高精度的大数字运算方式，具有很好的参考价值，希望对大家有所帮助。如有错误或未考虑完全的地方，望不吝赐教
Java 高精度的大数字运算
为了解决Java基本数据类型在运算时会出现的溢出和计算不精确的问题。Java 提供了两个类BigInteger和BigDecimal，专门用于进行高精度运算。凡是能用int 或float 做的事情，用BigInteger和BigDecimal也可以做，只是必须换用方法调用，而不是使用运算符。
高精度整数BigInteger
BigInteger支持任意精度的整数，也就是说我们可精确表示任意大小的整数值；同时在运算过程中不会丢失任何信息；
高精度浮点数BigDecimal
它可以表示任意精度的小数，并对它们进行计算。由于 BigDecimal 对象是不可变的，这些方法中的每一个都会产生新的 BigDecimal 对象。因此，因为创建对象的开销，BigDecimal 不适合于大量的数学计算，但设计它的目的是用来精确地表示小数。
import java.math.BigDecimal;
import java.math.BigInteger;
public class BigNumber {
//默认除法运算精度,即保留小数点多少位
private static final int DEFAULT_DIV_SCALE = 10;
//这个类不能实例化
private BigNumber() {
}
/**
* 提供精确的加法运算。
* @param v1 被加数
* @param v2 加数
* @return 两个参数的和
*/
public static double add(double v1, double v2) {
BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
return (b1.add(b2)).doubleValue();
}
/**
* 提供精确的减法运算。
* @param v1 被减数
* @param v2 减数
* @return 两个参数的差
*/
public static double sub(double v1, double v2) {
BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
return (b1.subtract(b2)).doubleValue();
}
/**
* 提供精确的乘法运算。
* @param v1 被乘数
* @param v2 乘数
* @return 两个参数的积
*/
public static double mul(double v1, double v2) {
BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
return (b1.multiply(b2)).doubleValue();
}
/**
* 提供（相对）精确的除法运算，当发生除不尽的情况时，精确到
* 小数点以后多少位，以后的数字四舍五入。
* @param v1 被除数
* @param v2 除数
* @return 两个参数的商
*/
public static double div(double v1, double v2) {
return div(v1, v2, DEFAULT_DIV_SCALE);
}
/**
* 提供（相对）精确的除法运算。当发生除不尽的情况时，由scale参数指
* 定精度，以后的数字四舍五入。
* @param v1 被除数
* @param v2 除数
* @param scale 表示需要精确到小数点以后几位。
* @return 两个参数的商
*/
public static double div(double v1, double v2, int scale) {
if (scale < 0) {
System.err.println("除法精度必须大于0!");
return 0;
}
BigDecimal b1 = new BigDecimal(Double.toString(v1));
BigDecimal b2 = new BigDecimal(Double.toString(v2));
return (b1.divide(b2, scale, BigDecimal.ROUND_HALF_UP)).doubleValue();
}
/**
* 计算Factorial阶乘！
* @param n 任意大于等于0的int
* @return n!的值
*/
public static BigInteger getFactorial(int n) {
if (n < 0) {
System.err.println("n必须大于等于0！");
return new BigInteger("-1");
} else if (n == 0) {
return new BigInteger("0");
}
//将数组换成字符串后构造BigInteger
BigInteger result = new BigInteger("1");
for (; n > 0; n--) {
//将数字n转换成字符串后，再构造一个BigInteger对象，与现有结果做乘法
result = result.multiply(new BigInteger(new Integer(n).toString()));
}
return result;
}
public static void main(String[] args) {
// 如果我们编译运行下面这个程序会看到什么？
System.out.println(0.05 + 0.01);
System.out.println(1.0 - 0.42);
System.out.println(4.015 * 100);
System.out.println(123.3 / 100);
// 0.060000000000000005
// 0.5800000000000001
// 401.49999999999994
// 1.2329999999999999
//计算阶乘，可以将n设得更大
int n = 30;
System.out.println("计算n的阶乘" + n + "! = " + BigNumber.getFactorial(n));
//用double构造BigDecimal
BigDecimal bd1 = new BigDecimal(0.1);
System.out.println("(bd1 = new BigDecimal(0.1)) = " + bd1.toString());
//用String构造BigDecimal
BigDecimal bd2 = new BigDecimal("0.1");
System.out.println("(bd2 = new BigDecimal(\"0.1\")) = "
+ bd2.toString());
BigDecimal bd3 = new BigDecimal("0.10");
//equals方法比较两个BigDecimal对象是否相等，相等返回true，不等返回false
System.out.println("bd2.equals(bd3) = " + bd2.equals(bd3));//false
//compareTo方法比较两个BigDecimal对象的大小，相等返回0，小于返回-1，大于返回1。
System.out.println("bd2.compareTo(bd3) = " + bd2.compareTo(bd3));//0
//进行精确计算
System.out.println("0.05 + 0.01 = " + BigNumber.add(0.05, 0.01));
System.out.println("1.0 - 0.42 = " + BigNumber.sub(1.0, 0.42));
System.out.println("4.015 * 100 =" + BigNumber.mul(4.015, 100));
System.out.println("123.3 / 100 = " + BigNumber.div(123.3, 100));
}
}
（1）BigInteger和BigDecimal都是不可变(immutable)
在进行每一步运算时，都会产生一个新的对象，由于创建对象会引起开销，它们不适合于大量的数学计算，应尽量用long,float,double等基本类型做科学计算或者工程计算。
设计BigInteger和BigDecimal的目的是用来精确地表示大整数和小数，使用于在商业计算中使用。
（2）BigDecimal有4个够造方法
其中的两个用BigInteger构造，另一个是用double构造，还有一个使用String构造。
应该避免使用double构造BigDecimal，因为：有些数字用double根本无法精确表示，传给BigDecimal构造方法时就已经不精确了。比如，new BigDecimal(0.1)得到的值是0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625。
使用new BigDecimal("0.1")得到的值是0.1。因此，如果需要精确计算，用String构造BigDecimal，避免用double构造，尽管它看起来更简单！
（3）equals()方法认为0.1和0.1是相等的
返回true，而认为0.10和0.1是不等的，结果返回false。方法compareTo()则认为0.1与0.1相等，0.10与0.1也相等。所以在从数值上比较两个BigDecimal值时，应该使用compareTo()而不是 equals()。
（4）另外还有一些情形
任意精度的小数运算仍不能表示精确结果。例如，1除以9会产生无限循环的小数 .111111...。
出于这个原因，在进行除法运算时，BigDecimal可以让您显式地控制舍入。
运算结果：
0.060000000000000005
0.5800000000000001
401.49999999999994
1.2329999999999999
计算n的阶乘30! = 265252859812191058636308480000000
(bd1 = new BigDecimal(0.1)) = 0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625
(bd2 = new BigDecimal("0.1")) = 0.1
bd2.equals(bd3) = false
bd2.compareTo(bd3) = 0
0.05 + 0.01 = 0.06
1.0 - 0.42 = 1.42
4.015 * 100 =104.015
123.3 / 100 = 223.3
java超长数据高精度计算(仅支持整数)
/**
* Created by AndyJuseKing on 2020/1/2.
* 超长数据高精度计算
* 仅支持整数
*/
public class CYAccuracy {
private static String cyNum;
private static String nowNum;
public CYAccuracy(String a){
cyNum = a;
}
public static void add(String n){
cyNum = makeAdd(cyNum,n);
}
public static String getAdd(String n){
nowNum = n;
return makeAdd(cyNum,nowNum);
}
public static void subtract(String n){
nowNum = n;
cyNum = makeSubtract(cyNum,nowNum);
}
public static String getSubtract(String n){
nowNum = n;
return makeSubtract(cyNum,nowNum);
}
public static void multiply(String n){
nowNum = n;
cyNum = makeMultiply(cyNum,nowNum);
}
public static String getMultiply(String n){
nowNum = n;
return makeMultiply(cyNum,nowNum);
}
public static String[] divideAndRemainder(String n){
nowNum = n;
String h = cyNum;
h = removeZero(h);
String i = h;
String divNum = "";
String remNum = "";
String a = "0";
int c = h.length();
int d = nowNum.length();
int e = c;
while (d<=e){
String f = h;
if(e==c){ f = h.substring(0, d); }
String g = f;
if(d<=c) {
while (!f.contains("-")) {
g = f;
f = makeSubtract(f, n);
a = makeAdd(a, "1");
f = removeZero(f);
}
a = makeSubtract(a, "1");
if(i.length()>=(d+divNum.length()+1)) {
h = addZero(g, 1);
h = makeAdd(h, i.substring(d + divNum.length(), d + 1 + divNum.length()));
} else {
remNum = g;
e = 0;
}
c = h.length();
divNum = divNum + a;
a = "0";
} else if(i.length()<(d+divNum.length()+1)){
remNum = g;
e = 0;
} else {
h = addZero(g, 1);
h = makeAdd(h, i.substring(d+divNum.length(), d+1+divNum.length()));
c = h.length();
divNum = divNum + "0";
}
}
// while (!newNum.contains("-")) {
// newNum = makeSubtract(newNum,n);
// a = makeAdd(a,"1");
// newNum = removeZero(newNum);
// System.out.print(newNum + "\n");
// }
// a = makeSubtract(a,"1");
// b = newNum.substring(1);
return (divNum+","+remNum).split(",");
}
public static Double getDouble(){
return Double.parseDouble(cyNum);
}
public static Integer getInt(){
return Integer.parseInt(cyNum);
}
public static String getString(){
return cyNum;
}
private static String makeAdd(String x,String y){
String newNum = "";
int i = 1;if(x.substring(0,1).equals("-")){i = -1;}
int j = 1;if(y.substring(0,1).equals("-")){j = -1;}
int m = x.length();
int n = y.length();
if (m < n) {
int c = n - m;
for (int d = 0; d < c; d++) {
x = "0" + x;
}
} else if (m > n) {
int c = m - n;
for (int d = 0; d < c; d++) {
y = "0" + y;
}
}
String[] a = x.split("");
String[] b = y.split("");
int g = 0;
for(int c = a.length;c>0;c--){
int d = c-1;
int f = (Integer.parseInt(a[d])*i) + (Integer.parseInt(b[d])*j) + g;
int e = f%10;
newNum = e + newNum;
g = f/10;
if(d==0&&g!=0){
newNum = g + newNum;
}
}
return newNum;
}
private static String makeSubtract(String x,String y){
String newNum = "";
int m = x.length();
int n = y.length();
if (m < n) {
int c = n - m;
for (int d = 0; d < c; d++) {
x = "0" + x;
}
} else if (m > n) {
int c = m - n;
for (int d = 0; d < c; d++) {
y = "0" + y;
}
}
String[] a = x.split("");
String[] b = y.split("");
int g = 0;
for(int c = a.length;c>0;c--){
int d = c-1;
int h = Integer.parseInt(a[d]);
int i = Integer.parseInt(b[d]);
int f = (h - i) + g;
int e = f%10;
if(e==-1){ e = 9; }
g = f/10;
if(e<0){
g = g-1;
e = e * -1;
}
newNum = e + newNum;
if(d==0&&g<0){
newNum = "-" + newNum;
}
}
return newNum;
}
private static String makeMultiply(String x,String y){
String newNum = "0";
String[] a = x.split("");
String[] b = y.split("");
String k = "";
for(int h = b.length;h>0;h--) {
int i = h - 1;
k = k + "0";
int g = 0;
String j = "";
for (int c = a.length; c > 0; c--) {
int d = c - 1;
int f = (Integer.parseInt(a[d])+g) * Integer.parseInt(b[i]);
int e = f % 10;
j = e + j;
g = f / 10;
if (d == 0 && g != 0) {
j = g + j;
}
}
String l = j+k;
newNum = makeAdd(newNum,l);
}
return newNum;
}
private static String removeZero(String x){
String y = x;
String[] a = x.split("");
for(int b = 0;b<a.length;b++){
if(y.substring(0,1).equals("0")){
y = y.substring(1);
}
}
if("".equals(y)){
y = "0";
}
return y;
}
private static String addZero(String x,int length){
while(length>0){
x = x + "0";
length--;
}
return x;
}
}
以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。