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写了一个BBP算法的实现库,欢迎讨论

捡嫌 2025-9-16 14:54:49
BBP 算法可以直接计算 π 的第 n 个十六进制数字,而无需计算前面的所有数字。
我的仓库:https://github.com/davelet/bbp
先来说说π这个老朋友吧。π,3.14159……,数学界的“网红”,从古希腊的阿基米德开始,就有无数人试图用它丈量圆的秘密。为什么这么迷人?因为它是个无理数,十进制小数点后无限不循环,藏着无穷的奥秘。想象一下,你想知道π的第1000位是什么?传统方法呢?得从头算起,一位一位啃,像啃一根永不完的甘蔗,累不累啊?早年的数学家们用多边形逼近法,或者级数展开,比如莱布尼茨公式:π/4 = 1 - 1/3 + 1/5 - 1/7 + …… 收敛得慢,算到几百位就得花好几天机时。更别提现代超级计算机了,算到万亿位也得从头来过。
不过1995年,一切都变了。那一年,加拿大数学家 Simon Plouffe 在玩一个叫PSLQ的整数关系发现算法时,意外挖到了金矿。他和 David Bailey、Jonathan Borwein 合作,发表了BBP公式(Bailey-Borwein-Plouffe公式)。
这公式一出,数学圈炸锅了!为什么?因为它允许你直接计算π的任意一位十六进制数字,而不用管前面的那些。
十六进制?对,就是我们电脑里常见的0-9和A-F那种。为什么用十六进制?因为公式设计得特别巧妙,和二进制、十六进制兼容,计算起来高效。
Plouffe当时用一台普通的电脑,就算出了π的第100万位——不是从头算,而是直奔那里!这感觉就像科幻小说里的“传送门”,啪的一声,你就到目的地了。
历史上,BBP的出现也推动了π计算的“军备竞赛”。1995年之前,π的世界纪录是几百万位;现在呢?2021年,瑞士人用超级计算机算到62.8万亿位!但有趣的是,这些纪录中,BBP不是主力——它更适合“精准打击”,比如验证特定位的随机性,或者在加密算法中用π的“不可预测”部分。但它的影响远不止此。它启发了更多“BBP型公式”,用于计算其他常数如e、ln(2)等。甚至在量子计算和数论研究中,它成了桥梁,帮助证明π的正态性(即数字分布均匀)。
当然,BBP也不是万能的。计算十进制位还是得转码,效率不高;而且对于超大n(比如亿位),模运算会吃力,需要高精度算术库如MPFR。但这不妨碍它的优雅。在我看来,BBP体现了数学的美:简洁却强大,像一首五言诗,寥寥数语道尽无限。
我在仓库里提供了算法和项目的说明,欢迎大家讨论:README 读我。

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