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マンガで分かるプログラミング用語辞典

「浮動小数点数」
~マンガでプログラミング用語解説

マンガで分かるプログラミング用語辞典(13)


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解説

 プログラムで小数を扱う場合には、いろいろと注意が必要です。プログラムでは、少数は多くの場合、浮動小数点数という方式で扱われます。この浮動小数点という言葉は、小数点が動いていくという意味になります。

 この浮動小数点数は、2進数を上手く組み合わせることで、小数を表現しています。この表現方法にはいくつか方式があるのですが、よく使われているIEEE方式(IEEE 754 形式)で説明を行います。

 浮動小数点数では、桁を表す部分と、桁を除いた数を表す部分を別にして、値を保持します。

例)浮動小数点数(32bit)の例
符号部 指数部 仮数部
 (S)     (E)   (M)
 1bit    8bit   23bit
  凸    凸~凸  凸~凸

(-1)^S * 2^(E+127) * (1+M)

 こうすることで、限られたビット数の中で、柔軟な小数を表現することができます。ただし、こういった仕組みのために制限もあります。たとえば、指数部で表せない大きさ、あるいは小ささの桁は表現できません。

 また、仮数部で表せる桁数以上の数値も表現できません。そのため、桁数の大きい数や、2進数で割り切れない値では誤差が発生します。

 こういった問題があるため、浮動小数点数を計算している内に、この誤差が蓄積して、想定していた値とは違う値になることもあります。そのため、注意が必要です。

 また、浮動小数点数を扱う場合は、非常に桁が大きかったり、小さかったりする値を使うことがあります。その場合に数字の中に「E」が入った表記が出てくることがあります。これは、指数表記を表していて、E以降の数は10の何乗であるかという、指数部(exponent)を表します。

例)
1.23E-3
=1.23×10^-3
=0.00123

1.23E3
=1.23×10^3
=1230

m×R^e
 m 仮数部(mantissa)
 e 指数部(exponent)
 R 10(10進数表現の場合)

サンプル

 浮動小数点数を扱った処理を、JavaScriptで簡単に書いてみます。

<html>
    <head>
        <title>「浮動小数点数」のサンプル</title>
    </head>
    <body>
        <pre><script type="text/javascript">
            // 浮動小数点数の加算
            document.writeln("0.1ずつ数を増加\n");
            var f = 0;
            for (var i = 0; i < 10; i ++) {
                document.writeln(i + " : "
                    + f.toFixed(20) + " : " + f);
                f += 0.1;
            }
        </script></pre>
    </body>
</html>
出力結果)
0.1ずつ数を増加

0 : 0.00000000000000000000 : 0
1 : 0.10000000000000000555 : 0.1
2 : 0.20000000000000001110 : 0.2
3 : 0.30000000000000004441 : 0.30000000000000004
4 : 0.40000000000000002220 : 0.4
5 : 0.50000000000000000000 : 0.5
6 : 0.59999999999999997780 : 0.6
7 : 0.69999999999999995559 : 0.7
8 : 0.79999999999999993339 : 0.7999999999999999
9 : 0.89999999999999991118 : 0.8999999999999999
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この記事の著者

柳井 政和(ヤナイ マサカズ)

クロノス・クラウン合同会社 代表社員http://crocro.com/オンラインソフトを多数公開。プログラムを書いたり、ゲームを作ったり、記事を執筆したり、マンガを描いたり、小説を書いたりしています。「めもりーくりーなー」でオンラインソフト大賞に入賞。最近は、小説家デビューして小説も書いています(『裏切りのプログラム』他)。面白いことなら何でもOKのさすらいの企画屋です。 

※プロフィールは、執筆時点、または直近の記事の寄稿時点での内容です

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