Python 数值比较与容差设计

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浮点数比较不可用 ==,应使用 math.isclose()(单值)或 numpy.allclose()(数组),二者容差默认值与 nan 处理不同,自定义函数需注意类型安全与边界。

Python 数值比较与容差设计

浮点数直接用 == 比较会出错

python0.1 + 0.2 == 0.3 返回 False,不是 bug,是二进制浮点表示的固有限制。IEEE 754 标准下,很多十进制小数无法精确存储,比较前必须引入容差(tolerance)。

实操建议:

  • 永远别对 Float 类型用 == 做逻辑判断,尤其是从计算、文件读取或 API 返回得到的数值
  • math.isclose() 替代,它默认使用相对容差 rel_tol=1e-09 和绝对容差 abs_tol=0.0
  • 当比较接近零的数(比如 -1e-150.0),必须显式设 abs_tol,否则 rel_tol 失效

示例:math.isclose(0.1 + 0.2, 0.3, abs_tol=1e-10)True

numpy.allclose() 和 math.isclose() 的区别在哪

math.isclose() 只能比两个标量;numpy.allclose() 是批量比较数组,但默认行为更“宽松”——它同时检查相对和绝对容差,并且对 NaN 的处理不同。

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实操建议:

  • 比较单个数值对,优先用 math.isclose()(标准库,无依赖)
  • 比较 ndarray 或需要广播语义时,用 numpy.allclose(),注意它默认 rtol=1e-05, atol=1e-08,比 math.isclose() 宽松得多
  • 若数组含 nannumpy.allclose(a, b) 默认返回 False;加参数 equal_nan=True 才把对应位置的 nan 视为相等
  • 不要混用:用 numpy.allclose() 比两个 Python float,它会转成 0 维数组,但语义不清晰,易误导

自定义容差比较函数要注意什么

有些场景(比如物理模拟、金融计算)需要固定绝对容差(如 ±0.0001 元),或混合策略,这时常写自定义函数。但容易忽略边界和类型安全。

实操建议:

  • 避免直接写 abs(a - b) :当 <code>abinfnan 时,结果不可靠
  • 先做类型检查:用 isinstance(x, (int, float)),防止传入字符串Decimal 导致静默错误
  • inf 单独处理——inf == infTrue,但 abs(inf - inf)nan
  • 如果要兼容 Decimal 或高精度需求,别硬套浮点容差逻辑,改用 decimal.Decimal.quantize() 或专用库如 pytest.approx()

pytest.approx() 在测试里怎么用才不翻车

写单元测试时,pytest.approx() 是最常用的容差断言工具,但它不是函数调用,而是一个可比较对象,行为和直觉略有偏差。

实操建议:

  • assert a == pytest.approx(b) 合法;但 assert pytest.approx(b) == a 也合法——它重载了 __eq__,左右对称
  • 容差值是通过 pytest.approx(b, abs=1e-6) 传入,不是 tol 参数;漏写 abs= 会导致用默认相对容差,在 b ≈ 0 时失效
  • 支持列表、元组、嵌套结构:assert [1.001, 2.002] == pytest.approx([1, 2], abs=0.01)
  • 不能用于 in 判断(如 x in [pytest.approx(1), pytest.approx(2)]),会报 TypeError;此时应改用 any(math.isclose(x, y) for y in [1,2])

真正麻烦的从来不是“要不要容差”,而是“容差该设多大”——这取决于数据来源、计算路径长度、以及业务上“算对了”的定义。没统一答案,但每次写比较前,至少得问一句:这个 1e-9 是抄来的,还是算出来的?

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