用Java表示分数的最佳方法？

Question

我正在尝试在 Java 中使用 fractions。

我想实现算术函数。为此，我首先需要一种方法来规范化函数。我知道在我有一个共同点之前，我不能添加 1/6 和 1/2。我将不得不添加 1/6 和 3/6。一种天真的方法会让我添加 2/12 和 6/12，然后减少。如何以最小的性能损失实现共同点？什么算法最适合这个？

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版本 8（感谢hstoerr）：

改进包括：

• equals() 方法现在与 compareTo() 方法一致

final class Fraction extends Number {
    private int numerator;
    private int denominator;

    public Fraction(int numerator, int denominator) {
        if(denominator == 0) {
            throw new IllegalArgumentException("denominator is zero");
        }
        if(denominator < 0) {
            numerator *= -1;
            denominator *= -1;
        }
        this.numerator = numerator;
        this.denominator = denominator;
    }

    public Fraction(int numerator) {
        this.numerator = numerator;
        this.denominator = 1;
    }

    public int getNumerator() {
        return this.numerator;
    }

    public int getDenominator() {
        return this.denominator;
    }

    public byte byteValue() {
        return (byte) this.doubleValue();
    }

    public double doubleValue() {
        return ((double) numerator)/((double) denominator);
    }

    public float floatValue() {
        return (float) this.doubleValue();
    }

    public int intValue() {
        return (int) this.doubleValue();
    }

    public long longValue() {
        return (long) this.doubleValue();
    }

    public short shortValue() {
        return (short) this.doubleValue();
    }

    public boolean equals(Fraction frac) {
        return this.compareTo(frac) == 0;
    }

    public int compareTo(Fraction frac) {
        long t = this.getNumerator() * frac.getDenominator();
        long f = frac.getNumerator() * this.getDenominator();
        int result = 0;
        if(t>f) {
            result = 1;
        }
        else if(f>t) {
            result = -1;
        }
        return result;
    }
}

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我已删除所有以前的版本。感谢：

• Dave Ray
• cletus
• duffymo
• James
• Milhous
• Oscar Reyes
• Jason S
• Francisco Canedo
• Outlaw Programmer
• Beska

Answer 1

好吧，首先，我会摆脱 setter 并让 Fractions 不可变。

您可能还需要加法、减法等方法，也许还需要某种方法来获取各种字符串格式的表示。

编辑：我可能会将这些字段标记为“最终”以表明我的意图，但我想这没什么大不了的......

Answer 2

一个非常小的改进可能是保存您正在计算的双精度值，以便您只在第一次访问时计算它。除非您经常访问此号码，否则这不会是一个很大的胜利，但也不是很难做到。

另外一点可能是您在分母中进行的错误检查...您会自动将 0 更改为 1。不确定这对于您的特定应用程序是否正确，但通常如果有人试图除以 0，则是非常错误的。我会让它抛出一个异常（如果你觉得有必要，这是一个专门的异常），而不是以用户不知道的看似任意的方式更改值。

与其他一些 cmets 相比，关于添加方法以添加减法等...由于您没有提到需要它们，我假设您不需要它们。除非你正在构建一个真正会在许多地方或被其他人使用的库，否则请使用 YAGNI（你不会需要它，所以它不应该在那里。）

Answer 3

请使其成为不可变类型！分数的值不会改变——例如，一半不会变成三分之一。您可以使用 withDenominator 代替 setDenominator，它返回一个 new 分数，该分数具有相同的分子但指定的分母。

使用不可变类型让生活轻松得多。

覆盖 equals 和 hashcode 也是明智的，因此它可以用于地图和集合中。 Outlaw Programmer 关于算术运算符和字符串格式化的观点也很好。

作为一般指南，请查看 BigInteger 和 BigDecimal。他们做的事情不一样，但他们足够相似，可以给你很好的想法。

Answer 4

创建分数对象后，为什么要允许其他对象设置分子或分母？我认为这些应该是只读的。它使对象不可变...

另外...将分母设置为零应该会抛出一个无效的参数异常（我不知道它在 Java 中是什么）

Answer 5

我需要按从小到大的顺序排列它们， 所以最终我也需要将它们表示为双重

不是绝对必要的。 （事实上​​，如果你想正确处理相等，不要依赖 double 来正常工作。）如果 b*d 是正数，如果 ad

我可能会改写为：

public int compareTo(Fraction frac)
{
    // we are comparing this=a/b with frac=c/d 
    // by multiplying both sides by bd.
    // If bd is positive, then a/b < c/d <=> ad < bc.
    // If bd is negative, then a/b < c/d <=> ad > bc.
    // If bd is 0, then you've got other problems (either b=0 or d=0)
    int d = frac.getDenominator();
    long ad = (long)this.numerator * d;
    long bc = (long)this.denominator * frac.getNumerator();
    long diff = ((long)d*this.denominator > 0) ? (ad-bc) : (bc-ad);
    return (diff > 0 ? 1 : (diff < 0 ? -1 : 0));
}

这里使用long 是为了确保在将两个大ints 相乘时不会溢出。如果你能保证分母总是非负的（如果是负的，只需将分子和分母都取反），那么你就可以省去检查 b*d 是否为正的麻烦，省去几个步骤。我不确定你在寻找零分母的行为。

不确定性能与使用双精度进行比较相比如何。 （也就是说，如果您非常关心性能）这是我用来检查的一种测试方法。 （似乎工作正常。）

public static void main(String[] args)
{
    int a = Integer.parseInt(args[0]);
    int b = Integer.parseInt(args[1]);
    int c = Integer.parseInt(args[2]);
    int d = Integer.parseInt(args[3]);
    Fraction f1 = new Fraction(a,b); 
    Fraction f2 = new Fraction(c,d);
    int rel = f1.compareTo(f2);
    String relstr = "<=>";
    System.out.println(a+"/"+b+" "+relstr.charAt(rel+1)+" "+c+"/"+d);
}

（p.s. 你可能会考虑重组为你的班级实现 Comparable 或 Comparator。）