Python整数与Numpy数据溢出问题解决


Posted in Python onSeptember 11, 2019

某位 A 同学发了我一张截图,问为何结果中出现了负数?

Python整数与Numpy数据溢出问题解决

看了图,我第一感觉就是数据溢出了。数据超出能表示的最大值,就会出现奇奇怪怪的结果。

然后,他继续发了张图,内容是 print(100000*208378),就是直接打印上图的 E[0]*G[0],结果是 20837800000,这是个正确的结果。

所以新的问题是:如果说上图的数据溢出了,为何直接相乘的数却没有溢出?

由于我一直忽视数据的表示规则(整型的上限是多少?),而且对 Numpy 了解不多,还错看了图中结果,误以为每一个数据都是错误的,所以就解答不出来。

最后,经过学习群里的一番讨论,我才终于明白是怎么回事,所以本文把相关知识点做个梳理。

在正式开始之前,先总结一下上图会引出的话题:

  • Python 3 中整数的上限是多少?Python 2 呢?
  • Numpy 中整数的上限是多少?出现整数溢出该怎么办?

关于第一个问题,先看看 Python 2,它有两种整数:

  • 一种是短整数,也即常说的整数,用 int 表示,有个内置函数 int()。其大小有限,可通过sys.maxint() 查看(取决于平台是 32 位还是 64 位)
  • 一种是长整数,即大小无限的整数,用 long 表示,有个内置函数 long()。写法上是在数字后面加大写字母 L 或小写的 l,如 1000L

当一个整数超出短整数范围时,它会自动采用长整数表示。举例,打印 2**100 ,结果会在末尾加字母 L 表示它是长整数。

但是到了 Python 3,情况就不同了:它仅有一种内置的整数,表示为 int,形式上是 Python 2 的短整数,但实际上它能表示的范围无限,行为上更像是长整数。无论多大的数,结尾都不需要字母 L 来作区分。

也就是说,Python 3 整合了两种整数表示法,用户不再需要自行区分,全交给底层按需处理。

理论上,Python 3 中的整数没有上限(只要不超出内存空间)。这就解释了前文中直接打印两数相乘,为什么结果会正确了。

PEP-237(Unifying Long Integers and Integers)中对这个转变作了说明。它解释这样做的 目的:

这会给新的 Python 程序员(无论他们是否是编程新手)减少一项上手前要学的功课。

Python 在语言运用层屏蔽了很多琐碎的活,比如内存分配,所以,我们在使用字符串、列表或字典等对象时,根本不用操心。整数类型的转变,也是出于这样的便利目的。(坏处是牺牲了一些效率,在此就不谈了)

回到前面的第二个话题:Numpy 中整数的上限是多少?

由于它是 C 语言实现,在整数表示上,用的是 C 语言的规则,也就是会区分整数和长整数。

有一种方式可查看:

import numpy as np
a = np.arange(2)
type(a[0])
# 结果:numpy.int32

也就是说它默认的整数 int 是 32 位,表示范围在 -2147483648 ~ 2147483647。

对照前文的截图,里面只有两组数字相乘时没有溢出:100007*4549、100012*13264,其它数据组都溢出了,所以出现奇怪的负数结果。

Numpy 支持的数据类型要比 Python 的多,相互间的区分界限很多样:

Python整数与Numpy数据溢出问题解决

截图来源:https://www.runoob.com/numpy/numpy-dtype.html

要解决整数溢出问题,可以通过指定 dtype 的方式:

import numpy as np
q = [100000]
w = [500000]
# 一个溢出的例子:
a = np.array(q)
b = np.array(w)
print(a*b) # 产生溢出,结果是个奇怪的数值
# 一个解决的例子:
c = np.array(q, dtype='int64')
d = np.array(w, dtype='int64')
print(c*d) # 没有溢出:[50000000000]

好了,前面提出的问题就回答完了。来作个结尾吧:

  • Python 3 极大地简化了整数的表示,效果可表述为:整数就只有一种整数(int),没有其它类型的整数(long、int8、int64 之类的)
  • Numpy 中的整数类型对应于 C 语言的数据类型,每种“整数”有自己的区间,要解决数据溢出问题,需要指定更大的数据类型(dtype)

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持三水点靠木。

Python 相关文章推荐
详尽讲述用Python的Django框架测试驱动开发的教程
Apr 22 Python
研究Python的ORM框架中的SQLAlchemy库的映射关系
Apr 25 Python
python嵌套函数使用外部函数变量的方法(Python2和Python3)
Jan 31 Python
利用Python实现命令行版的火车票查看器
Aug 05 Python
利用Python中的pandas库对cdn日志进行分析详解
Mar 07 Python
详解python中的文件与目录操作
Jul 11 Python
Python引用计数操作示例
Aug 23 Python
Python列表(List)知识点总结
Feb 18 Python
Django 配置多站点多域名的实现步骤
May 17 Python
Django中Aggregation聚合的基本使用方法
Jul 09 Python
Python selenium如何打包静态网页并下载
Aug 12 Python
Python上下文管理器Content Manager
Jun 26 Python
python中通过selenium简单操作及元素定位知识点总结
Sep 10 #Python
用Python画一个LinkinPark的logo代码实例
Sep 10 #Python
Pytorch修改ResNet模型全连接层进行直接训练实例
Sep 10 #Python
django drf框架自带的路由及最简化的视图
Sep 10 #Python
Pytorch中accuracy和loss的计算知识点总结
Sep 10 #Python
python3.7环境下安装Anaconda的教程图解
Sep 10 #Python
Windows10下 python3.7 安装 facenet的教程
Sep 10 #Python
You might like
PHP 日,周,月点击排行统计
2012/01/11 PHP
解析PHP函数array_flip()在重复数组元素删除中的作用
2013/06/27 PHP
PHP多线程类及用法实例
2014/12/03 PHP
php计算title标题相似比的方法
2015/07/29 PHP
js 面向对象的技术创建高级 Web 应用程序
2010/02/25 Javascript
jQuery不间断滚动效果(模拟百度新闻支持文字/图片/垂直滚动)
2013/02/05 Javascript
JQuery+DIV自定义滚动条样式的具体实现
2013/06/25 Javascript
window.navigate 与 window.location.href 的使用区别介绍
2013/09/21 Javascript
jquery移动节点实例
2015/01/14 Javascript
在Docker快速部署Node.js应用的详细步骤
2016/09/02 Javascript
简单实现JS计算器功能
2016/12/21 Javascript
JS实现隔行换色的表格排序
2017/03/27 Javascript
使用canvas及js简单生成验证码方法
2017/04/02 Javascript
Vuex 进阶之模块化组织详解
2018/01/12 Javascript
react-native 圆弧拖动进度条实现的示例代码
2018/04/12 Javascript
解决node修改后需频繁手动重启的问题
2018/05/13 Javascript
Vue中实现权限控制的方法示例
2019/06/07 Javascript
vue+element表格导出为Excel文件
2019/09/26 Javascript
[04:45]DOTA2上海特级锦标赛主赛事第四日RECAP
2016/03/06 DOTA
python 测试实现方法
2008/12/24 Python
Python开发企业微信机器人每天定时发消息实例
2020/03/17 Python
解决python对齐错误的方法
2020/07/16 Python
详解Python Celery和RabbitMQ实战教程
2021/01/20 Python
用CSS禁用输入法(CSS3 UI规范)实例解析
2012/12/04 HTML / CSS
Boden英国官网:英国知名原创时装品牌
2018/11/06 全球购物
大学毕业生文采飞扬的自我鉴定
2013/12/03 职场文书
会计实习自我鉴定
2013/12/04 职场文书
新郎婚宴答谢词
2014/01/19 职场文书
服装采购员岗位职责
2014/03/15 职场文书
教学评估实施方案
2014/03/16 职场文书
买房协议书
2014/04/11 职场文书
审计专业自荐信范文
2014/04/21 职场文书
安全演讲稿大全
2014/05/09 职场文书
安全生产标语大全
2014/10/06 职场文书
2015年建筑工作总结报告
2015/05/04 职场文书
2016春季幼儿园大班开学寄语
2015/12/03 职场文书