在Python中,用于浮点数的内置pow()和math.pow()之间的区别?


问题内容

在使用两个 float 参数的情况下,Python的内置pow(x, y)函数(没有第三个参数)返回的结果与的返回值是否有所不同?math.pow() __

我问这个问题,因为文件math.pow()暗示pow(x, y)(例如x**y)在本质上是一样的math.pow(x, y)

math.pow(x,y)

将x提高到y。例外情况应尽可能遵循C99标准的附件“
F”。特别是,即使x为零或NaN,pow(1.0,x)和pow(x,0.0)始终返回1.0。如果x和y都是有限的,x是负数,并且y不是整数,则pow(x,y)是未定义的,并引发ValueError。

在2.6版中进行了更改:1 nan和nan ** 0的结果不确定。

请注意最后一行:该文档暗示,行为math.pow()是指数运算符的行为**(因此是pow(x, y))。这是官方保证吗?

背景:我的目标是提供一个实现 这两个 内置的pow()math.pow()对不确定性的数字 ,在相同的行为方式
与常规的Python花车(相同的数值结果,同样的例外,拐角情况相同的结果,等等)。我已经实现了一些效果很好的方法,但是有些极端情况需要处理。


问题答案:

快速检查

从签名中我们可以看出它们是不同的:

pow(x,y [,z])

math.pow(x,y)

另外,在shell中尝试它也会给您一个快速的想法:

>>> pow is math.pow
False

测试差异

了解这两个功能之间行为差异的另一种方法是测试它们:

import math
import traceback
import sys

inf = float("inf")
NaN = float("nan")

vals = [inf, NaN, 0.0, 1.0, 2.2, -1.0, -0.0, -2.2, -inf, 1, 0, 2]

tests = set([])

for vala in vals:
  for valb in vals:
    tests.add( (vala, valb) )
    tests.add( (valb, vala) )


for a,b in tests:
  print("math.pow(%f,%f)"%(a,b) )
  try:
    print("    %f "%math.pow(a,b))
  except:
    traceback.print_exc()

  print("__builtins__.pow(%f,%f)"%(a,b) )
  try:
    print("    %f "%__builtins__.pow(a,b))
  except:
    traceback.print_exc()

然后,我们可以注意到一些细微的差异。例如:

math.pow(0.000000,-2.200000)
    ValueError: math domain error

__builtins__.pow(0.000000,-2.200000)
    ZeroDivisionError: 0.0 cannot be raised to a negative power

还有其他区别,并且上面的测试列表不完整(没有长数字,没有复数,等等),但这将为我们提供实用的列表,说明这两个函数的行为方式不同。我还建议扩展上述测试,以检查每个函数返回的类型。您可能会写类似的东西来创建两个函数之间差异的报告。

math.pow()

math.pow()处理其参数的方法与内建**或完全不同pow()。这是以灵活性为代价的。在看看,我们可以看到,参数math.pow()
直接转换为双打

static PyObject *
math_pow(PyObject *self, PyObject *args)
{
    PyObject *ox, *oy;
    double r, x, y;
    int odd_y;

    if (! PyArg_UnpackTuple(args, "pow", 2, 2, &ox, &oy))
        return NULL;
    x = PyFloat_AsDouble(ox);
    y = PyFloat_AsDouble(oy);
/*...*/

然后针对双精度进行检查以检查有效性,然后将结果传递到基础C数学库。

内建的 pow()

另一方面,内置函数pow()(与**运算符相同)的行为却大不相同,它实际上使用了Objects自己的**运算符实现,如果需要替换数字的或方法__pow__(),最终用户可以重写该实现。__rpow__()``__ipow__()

对于内置类型,研究为两个数字类型实现的幂函数之间的差异是有启发性的,例如floatslongcomplex

覆盖默认行为

在此处描述模拟数字类型。本质上,如果您要为不确定性的数字创建新的类型,则要做的是为类型提供__pow__()__rpow__()并可能提供__ipow__()方法。这将使您的号码可以与运营商一起使用:

class Uncertain:
  def __init__(self, x, delta=0):
    self.delta = delta
    self.x = x
  def __pow__(self, other):
    return Uncertain(
      self.x**other.x, 
      Uncertain._propagate_power(self, other)
    )
  @staticmethod
  def _propagate_power(A, B):
    return math.sqrt(
      ((B.x*(A.x**(B.x-1)))**2)*A.delta*A.delta +
      (((A.x**B.x)*math.log(B.x))**2)*B.delta*B.delta
    )

为了覆盖,math.pow()您将不得不对其进行修补以支持您的新类型:

def new_pow(a,b):
    _a = Uncertain(a)
    _b = Uncertain(b)
    return _a ** _b

math.pow = new_pow

请注意,要执行此操作,您必须纠缠Uncertain类以应对Uncertain实例作为输入的__init__()