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建議25:不要讓四捨五入虧了一方

本建議還是來重溫一個小學數學問題:四捨五入。四捨五入是一種近似精確的計算方法,在Java 5之前,我們一般是通過使用Math.round來獲得指定精度的整數或小數的,這種方法使用非常廣泛,代碼如下:


public class Client{

public static void main(Stringargs){

System.out.println(\"10.5近似值:\"+Math.round(10.5));

System.out.println(\"-10.5近似值:\"+Math.round(-10.5));

}

}


輸出結果為:


10.5近似值:11

-10.5近似值:-10


這是四捨五入的經典案例,也是初級面試官很樂意選擇的考題,絕對值相同的兩個數字,近似值為什麼就不同了呢?這是由Math.round採用的捨入規則所決定的(採用的是正無窮方向捨入規則,後面會講解)。我們知道四捨五入是有誤差的:其誤差值是捨入位的一半。我們以捨入運用最頻繁的銀行利息計算為例來闡述該問題。

我們知道銀行的盈利渠道主要是利息差,從儲戶手裡收攏資金,然後放貸出去,其間的利息差額便是所獲得的利潤。對一個銀行來說,對付給儲戶的利息的計算非常頻繁,人民銀行規定每個季度末月的20日為銀行結息日,一年有4次的結息日。

場景介紹完畢,我們回過頭來看四捨五入,小於5的數字被捨去,大於等於5的數字進位後捨去,由於所有位上的數字都是自然計算出來的,按照概率計算可知,被捨入的數字均勻分佈在0到9之間,下面以10筆存款利息計算作為模型,以銀行家的身份來思考這個算法:

四捨。捨棄的數值:0.000、0.001、0.002、0.003、0.004,因為是捨棄的,對銀行家來說,就不用付款給儲戶了,那每捨棄一個數字就會賺取相應的金額:0.000、0.001、0.002、0.003、0.004。

五入。進位的數值:0.005、0.006、0.007、0.008、0.009,因為是進位,對銀行家來說,每進一位就會多付款給儲戶,也就是虧損了,那虧損部分就是其對應的10進制補數:0.005、0.004、0.003、0.002、0.001。

因為捨棄和進位的數字是在0到9之間均勻分佈的,所以對於銀行家來說,每10筆存款的利息因採用四捨五入而獲得的盈利是:


0.000+0.001+0.002+0.003+0.004-0.005-0.004-0.003-0.002-0.001=-0.005


也就是說,每10筆的利息計算中就損失0.005元,即每筆利息計算損失0.0005元,這對一家有5千萬儲戶的銀行來說(對國內的銀行來說,5千萬是個很小的數字),每年僅僅因為四捨五入的誤差而損失的金額是:


public class Client{

public static void main(Stringargs){

//銀行賬戶數量,5千萬

int accountNum=5000*10000;

//按照人行的規定,每個季度末月的20日為銀行結息日

double cost=0.0005*accountNum*4;

System.out.println(\"銀行每年損失的金額:\"+cost);

}

}


輸出的結果是:「銀行每年損失的金額:100000.0」。即,每年因為一個算法誤差就損失了10萬元,事實上以上的假設條件都是非常保守的,實際情況可能損失得更多。那各位可能要說了,銀行還要放貸呀,放出去這筆計算誤差不就抵消掉了嗎?不會抵銷,銀行的貸款數量是非常有限的,其數量級根本沒有辦法和存款相比。

這個算法誤差是由美國銀行家發現的(那可是私人銀行,錢是自己的,白白損失了可不行),並且對此提出了一個修正算法,叫做銀行家捨入(Banker\'s Round)的近似算法,其規則如下:

捨去位的數值小於5時,直接捨去;

捨去位的數值大於等於6時,進位後捨去;

當捨去位的數值等於5時,分兩種情況:5後面還有其他數字(非0),則進位後捨去;若5後面是0(即5是最後一個數字),則根據5前一位數的奇偶性來判斷是否需要進位,奇數進位,偶數捨去。

以上規則匯總成一句話:四捨六入五考慮,五後非零就進一,五後為零看奇偶,五前為偶應捨去,五前為奇要進一。我們舉例說明,取2位精度:


round(10.5551)=10.56

round(10.555)=10.56

round(10.545)=10.54


要在Java 5以上的版本中使用銀行家的捨入法則非常簡單,直接使用RoundingMode類提供的Round模式即可,示例代碼如下:


public class Client{

public static void main(Stringargs){

//存款

BigDecimal d=new BigDecimal(888888);

//月利率,乘3計算季利率

BigDecimal r=new BigDecimal(0.001875*3);

//計算利息

BigDecimal i=d.multiply(r).setScale(2,RoundingMode.HALF_EVEN);

System.out.println(\"季利息是:\"+i);

}

}


在上面的例子中,我們使用了BigDecimal類,並且採用setScale方法設置了精度,同時傳遞了一個RoundingMode.HALF_EVEN參數表示使用銀行家捨入法則進行近似計算,BigDecimal和RoundingMode是一個絕配,想要採用什麼捨入模式使用RoundingMode設置即可。目前Java支持以下七種捨入方式:

ROUND_UP:遠離零方向捨入。

向遠離0的方向捨入,也就是說,向絕對值最大的方向捨入,只要捨棄位非0即進位。

ROUND_DOWN:趨向零方向捨入。

向0方向靠攏,也就是說,向絕對值最小的方向輸入,注意:所有的位都捨棄,不存在進位情況。

ROUND_CEILING:向正無窮方向捨入。

向正最大方向靠攏,如果是正數,捨入行為類似於ROUND_UP;如果為負數,則捨入行為類似於ROUND_DOWN。注意:Math.round方法使用的即為此模式。

ROUND_FLOOR:向負無窮方向捨入。

向負無窮方向靠攏,如果是正數,則捨入行為類似於ROUND_DOWN;如果是負數,則捨入行為類似於ROUND_UP。

HALF_UP:最近數字捨入(5進)。

這就是我們最最經典的四捨五入模式。

HALF_DOWN:最近數字捨入(5捨)。

在四捨五入中,5是進位的,而在HALF_DOWN中卻是捨棄不進位。

HALF_EVEN:銀行家算法。

在普通的項目中捨入模式不會有太多影響,可以直接使用Math.round方法,但在大量與貨幣數字交互的項目中,一定要選擇好近似的計算模式,盡量減少因算法不同而造成的損失。

注意 根據不同的場景,慎重選擇不同的捨入模式,以提高項目的精準度,減少算法損失。