利用级数公式计算圆周率(π)

news2024/11/15 8:08:54

π是是指圆的周长与直径的比值,是无限不循环小数,有很多种方法可以求得它的近似值。这里用比较容易实现的关于π的无穷级数来求它的前10000位的取值。

π / 2 =  1 + \frac{1}{3}+\frac{1}{3}\times \frac{2}{5}+\frac{1}{3}\times\frac{2}{5}\times\frac{3}{7}+.......

π =  2 + \frac{2}{3}+\frac{2}{3}\times \frac{2}{5}+\frac{2}{3}\times\frac{2}{5}\times\frac{3}{7}+.......

具体的,用两个字符数组x,z分别存放当前计算得到的pi值,数组的每一位存放一位数字,然后设定循环,从左向右分别计算pi级数中的每一项。数组z负责计算级数的当前项,计算过程参见代码注释:

//头文件
#ifndef CALCPI_H_
#define CALCPI_H_

#include <cstring>
#include <iostream>
const int ARRSIZE = 10100, DISCNT = 10000; //定义数组大小和显示位数

void calcPi();

#endif // !CALCPI_H_

#include "calcPi.h"

//pi级数  pi = 2 + 2 / 3  + 2 / 3 * 3 / 5 +......
void calcPi() {
	char x[ARRSIZE], z[ARRSIZE];
	int a = 1, b = 3, cnt = 0,RUN = 1;
	memset(x, '0', ARRSIZE);
	memset(z, '0', ARRSIZE);
	x[0] = '2',			//pi级数的第一项 2
	z[0] = '2';         //2倍
	while (RUN && cnt < ARRSIZE * 10) {
		//z * = a;
		int c = 0;
		int d = 0;    //d是进位  数组从右向左模拟Pi级数的乘法运算
		for (int i = ARRSIZE - 1; i >= 0; i--) {
			c = (z[i] - '0') * a + d;
			z[i] = (c % 10) + '0';
			d = c / 10;
		//	std::cout << z[i] - '0' <<" ";
		//	break;
		}
		// z /= b
		d = 0;       //d是余数传导到下一位数字,数组从左向右模拟pi级数的除法运算
		for (int i = 0; i < ARRSIZE; i++) {
			c = (z[i] - '0') + d * 10;
			z[i] = (c / b) + '0';
			d = c % b;		//余数
		}
		//x += z;    将pi级数分开计算的各个项相加得到Pi
		RUN = 0;
		for (int i = ARRSIZE - 1; i > 0; i--) {
			c = (x[i] - '0') + (z[i] - '0');
			x[i] = (c % 10) + '0';
			x[i - 1] = x[i - 1] + c / 10;  //进位直接加到下一位数字上
			RUN |= (z[i] - '0');				   //判断级数是否已经收敛,即当前项所得的结果前ARRSIZE项都为0,达到所需要精度退出循环
		}
		a++;
		b += 2;
		cnt++;
		std::cout << cnt << " ";
	}
	
	for (int i = 0; i <= DISCNT; i++) {
		if (0 == i)std::cout << x[i] << '.';
		else std::cout << x[i];
	}
	//std::cout << std::endl;
	//std::cout <<"总计计算次数: "<<cnt<<std::endl;
}

参考链接: 计算圆周率 Pi (π) 值, 精确到小数点后 10000 位

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