
【計】 round-off error bound
【計】 round-off error; rounding error; rounding off error
【經】 round-off error
border; boundary; frontier; limit; outskirts; verge
【計】 boundary
舍入誤差邊界(Rounding Error Bound)是數值計算中用于量化因舍入操作(Rounding)引起的最大可能誤差的理論上限。其核心概念如下:
$$ |x - text{fl}(x)| leq epsilon cdot |x| $$
其中 (text{fl}(x)) 是實數 (x) 的機器表示,(epsilon) 為機器精度(Machine Epsilon)。
絕對誤差邊界
單次舍入的絕對誤差滿足:
$$ |text{fl}(x) - x| leq frac{beta^{1-p}}{2} $$
(beta) 為進制(通常為2),(p) 為有效位數(如單精度浮點數 (p=24))。
相對誤差邊界
更常用的形式為相對誤差:
$$ left| frac{text{fl}(x) - x}{x} right| leq epsilon{text{mach}} $$
其中 (epsilon{text{mach}} = beta^{1-p}) 即機器精度(如雙精度浮點數 (epsilon_{text{mach}} approx 2.22 times 10^{-16}))。
詳細讨論矩陣運算中的舍入誤差傳播模型(Sec. 13-15)。
官方技術文檔明确規定了浮點運算的精度邊界(Section 5)。
提供誤差分析的理論框架(Chapter 3: Arithmetic)。
通過控制舍入誤差邊界,可提升科學計算的可靠性,尤其在航天工程、金融建模等高精度領域。
舍入誤差邊界是指在進行數值計算時,由于計算機或計算工具的字長限制,對數據進行近似表示或運算後,舍入誤差的最大允許範圍或理論上界。以下是詳細解釋:
舍入誤差是因計算機用有限位數表示實數時,通過四舍五入或其他規則取近似值而産生的誤差。例如,無限小數 $sqrt{2}$ 在計算機中隻能保留有限位數,導緻近似值與真實值之間的差異。
絕對誤差邊界
表示近似值 $x^$ 與真實值 $x$ 的絕對差值上限,記為 $varepsilon^$,滿足:
$$|x^ - x| leq varepsilon^$$
例如,若用四舍五入保留小數點後兩位,則絕對誤差邊界為 $0.5 times 10^{-2}$。
相對誤差邊界
表示絕對誤差與真實值的比值上限,記為 $varepsilon_r^$,滿足:
$$frac{|x^ - x|}{|x|} leq varepsilon_r^*$$
相對誤差邊界常用于衡量誤差的比例影響。
舍入誤差邊界是數值計算穩定性的關鍵指标。若誤差在邊界内,結果可信;若多次運算導緻誤差累積超過邊界,可能使計算結果失效。
舍入誤差邊界通過絕對誤差限和相對誤差限量化了近似計算的精度範圍,其大小取決于計算機的數值表示方式和運算規則。如需進一步了解具體計算案例,可參考和中的公式推導。
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