什么可能导致浮点数突然被1位关闭而没有算术变化

Question

在进行稍微大的重构更改而不修改任何类型的算术时,我设法以某种方式更改了我的程序的输出(基于代理的模拟系统).输出中的各种数字现在都是微不足道的数量.检查表明这些数字在最低有效位中偏离了1位.

例如,24.198110084326416将变为24.19811008432642.每个数字的浮点表示为:

24.198110084326416 = 0 10000000011 1000001100101011011101010111101011010011000010010100
24.19811008432642  = 0 10000000011 1000001100101011011101010111101011010011000010010101

其中我们注意到最低有效位是不同的.

我的问题是,当我没有修改任何类型的算术时,我是如何引入这种变化的？该更改涉及通过删除继承来简化对象(其超类因使用不适用于此类的方法而膨胀).

我注意到输出(在模拟的每个刻度处显示某些变量的值)有时会关闭,然后对于另一个滴答,数字是预期的,只有在下一个滴答时再次关闭(例如,在一个代理上) ,它的值在刻度57-83上表现出这个问题,但是对于刻度84和85是预期的,只有在刻度线86处再次关闭).

我知道我们不应该直接比较浮点数.当仅将输出文件与预期输出进行比较的集成测试失败时,会注意到这些错误.我可以(也许应该)修复测试来解析文件并将解析后的双打与一些epsilon进行比较,但我仍然很好奇为什么可能引入这个问题.

编辑:

引入问题的最小变化差异:

diff --git a/src/main/java/modelClasses/GridSquare.java b/src/main/java/modelClasses/GridSquare.java
index 4c10760..80276bd 100644
--- a/src/main/java/modelClasses/GridSquare.java
+++ b/src/main/java/modelClasses/GridSquare.java
@@ -63,7 +63,7 @@ public class GridSquare extends VariableLevel
    public void addHousehold(Household hh)
    {
        assert household == null;
-       subAgents.add(hh);
+       neighborhood.getHouseholdList().add(hh);
        household = hh;
    }

@@ -73,7 +73,7 @@ public class GridSquare extends VariableLevel
    public void removeHousehold()
    {
        assert household != null;
-       subAgents.remove(household);
+       neighborhood.getHouseholdList().remove(household);
        household = null;
    }

diff --git a/src/main/java/modelClasses/Neighborhood.java b/src/main/java/modelClasses/Neighborhood.java
index 834a321..8470035 100644
--- a/src/main/java/modelClasses/Neighborhood.java
+++ b/src/main/java/modelClasses/Neighborhood.java
@@ -166,9 +166,14 @@ public class Neighborhood extends VariableLevel
    World world;

    /**
+    * List of all grid squares within the neighborhood.
+    */
+   ArrayList<VariableLevel> gridSquareList = new ArrayList<>();
+
+   /**
     * A list of empty grid squares within the neighborhood
     */
-   ArrayList<GridSquare> emptyGridSquareList;
+   ArrayList<GridSquare> emptyGridSquareList = new ArrayList<>();

    /**
     * The neighborhood's grid square bounds
@@ -836,7 +841,7 @@ public class Neighborhood extends VariableLevel
     */
    public GridSquare getGridSquare(int i)
    {
-       return (GridSquare) (subAgents.get(i));
+       return (GridSquare) gridSquareList.get(i);
    }

    /**
@@ -865,7 +870,7 @@ public class Neighborhood extends VariableLevel
    @Override
    public ArrayList<VariableLevel> getGridSquareList()
    {
-       return subAgents;
+       return gridSquareList;
    }

    /**
@@ -874,12 +879,7 @@ public class Neighborhood extends VariableLevel
    @Override
    public ArrayList<VariableLevel> getHouseholdList()
    {
-       ArrayList<VariableLevel> list = new ArrayList<VariableLevel>();
-       for (int i = 0; i < subAgents.size(); i++)
-       {
-           list.addAll(subAgents.get(i).getHouseholdList());
-       }
-       return list;
+       return subAgents;
    }

不幸的是,我无法创建一个小的,可编译的例子,因为我无法在程序之外复制这种行为,也没有将这个非常庞大且纠缠不清的程序缩小到规模.

至于正在进行什么样的浮点运算,没有什么特别令人兴奋的.大量的加法,乘法,自然对数和幂(几乎总是以e为基数).后两者是用标准库完成的.在整个程序中使用随机数,并使用所使用的框架(Repast)中包含的Random类生成.

大多数数字在1e-3到1e5的范围内.几乎没有非常大或非常小的数字.Infinity和NaN在很多地方使用.

作为基于代理的仿真系统,许多公式被重复应用于模拟出现.评估的顺序非常重要(因为许多变量取决于首先评估的其他变量 - 例如,为了计算BMI,我们需要首先计算饮食和心脏状态).先前的变量值在许多计算中也非常重要(因此这个问题可以在程序的早期某个地方引入,并在其余部分中进行).

Answer 1

如果没有准确的源代码来重现问题，显然不可能查明问题所在。但您的差异表明您更改了列表的处理方式。您还提到许多简单的数学运算，例如加法发生在您的应用程序中。因此，我的猜测是，通过更改列表，您可以更改处理内容的顺序，这可能足以改变舍入误差。

是的，任何东西都不应该依赖于浮点变量的最低有效位，因此测试应该需要 epsilon。