[C言語] float型の範囲と精度を理解する

#include <stdio.h>
#include <float.h>
int main() {
    // float型の正の最小値と最大値を表示
    printf("float型の正の最小値: %e\n", FLT_MIN);
    printf("float型の正の最大値: %e\n", FLT_MAX);
    return 0;
}

float型の正の最小値: 1.175494e-38
float型の正の最大値: 3.402823e+38

#include <stdio.h>
#include <float.h>
int main() {
    // float型の負の最小値と最大値を表示
    printf("float型の負の最小値: %e\n", -FLT_MAX);
    printf("float型の負の最大値: %e\n", -FLT_MIN);
    return 0;
}

float型の負の最小値: -3.402823e+38
float型の負の最大値: -1.175494e-38

#include <stdio.h>
#include <float.h>
int main() {
    // float型の非正規化数の最小値とゼロを表示
    printf("float型の非正規化数の最小値: %e\n", FLT_TRUE_MIN);
    printf("float型のゼロ: %e\n", 0.0f);
    return 0;
}

float型の非正規化数の最小値: 1.401298e-45
float型のゼロ: 0.000000e+00

#include <stdio.h>
int main() {
    // float型の有効数字を確認する
    float num = 1234567.0f;
    printf("有効数字を持つfloat型の数値: %.7f\n", num);
    return 0;
}

有効数字を持つfloat型の数値: 1234567.0000000

#include <stdio.h>
int main() {
    // float型の精度の限界を確認する
    float small = 1.0e-38f;
    float large = 1.0e+38f;
    printf("非常に小さい数値: %.10e\n", small);
    printf("非常に大きい数値: %.10e\n", large);
    return 0;
}

非常に小さい数値: 1.0000000000e-38
非常に大きい数値: 1.0000000000e+38

#include <stdio.h>
int main() {
    // float型の精度が影響する計算
    float sum = 0.0f;
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        sum += 0.000001f;
    }
    printf("累積計算の結果: %.10f\n", sum);
    return 0;
}

累積計算の結果: 1.0000001192

#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main() {
    // 科学計算におけるfloat型の使用例
    float angle = 45.0f;
    float radians = angle * (M_PI / 180.0f); // 角度をラジアンに変換
    float sine_value = sinf(radians); // サイン関数を使用
    printf("45度のサイン値: %.6f\n", sine_value);
    return 0;
}

45度のサイン値: 0.707107

#include <stdio.h>
typedef struct {
    float x, y, z;
} Vector3;
int main() {
    // グラフィックスプログラミングにおけるfloat型の使用例
    Vector3 position = {1.0f, 2.0f, 3.0f};
    printf("オブジェクトの位置: (%.1f, %.1f, %.1f)\n", position.x, position.y, position.z);
    return 0;
}

オブジェクトの位置: (1.0, 2.0, 3.0)

#include <stdio.h>
int main() {
    // ゲーム開発におけるfloat型の使用例
    float velocity = 5.0f; // 速度
    float time = 2.0f; // 時間
    float distance = velocity * time; // 距離 = 速度 × 時間
    printf("移動距離: %.2f\n", distance);
    return 0;
}

移動距離: 10.00

#include <stdio.h>
int main() {
    // float型とdouble型の精度比較
    float f_value = 1.1234567f;
    double d_value = 1.123456789012345;
    printf("float型の値: %.7f\n", f_value);
    printf("double型の値: %.15f\n", d_value);
    return 0;
}

float型の値: 1.1234567
double型の値: 1.123456789012345

#include <stdio.h>
int main() {
    // float型とint型の使用例
    float f_value = 3.14f;
    int i_value = 3;
    printf("float型の値: %.2f\n", f_value);
    printf("int型の値: %d\n", i_value);
    return 0;
}

float型の値: 3.14
int型の値: 3

#include <stdio.h>
int main() {
    // float型とlong double型の精度比較
    float f_value = 1.1234567f;
    long double ld_value = 1.1234567890123456789L;
    printf("float型の値: %.7f\n", f_value);
    printf("long double型の値: %.18Lf\n", ld_value);
    return 0;
}

float型の値: 1.1234567
long double型の値: 1.123456789012345679

#include <stdio.h>
int main() {
    // 丸め誤差の例
    float a = 0.1f;
    float b = 0.2f;
    float c = a + b;
    printf("0.1 + 0.2 = %.10f\n", c);
    return 0;
}

0.1 + 0.2 = 0.3000000119

#include <stdio.h>
#include <float.h>
int main() {
    // オーバーフローとアンダーフローの例
    float large = FLT_MAX * 2.0f; // オーバーフロー
    float small = FLT_MIN / 2.0f; // アンダーフロー
    printf("オーバーフローの結果: %e\n", large);
    printf("アンダーフローの結果: %e\n", small);
    return 0;
}

オーバーフローの結果: inf
アンダーフローの結果: 0.000000e+00

#include <stdio.h>
int main() {
    // 精度のトレードオフの例
    float f_value = 1.123456789012345f;
    double d_value = 1.123456789012345;
    printf("float型の値: %.15f\n", f_value);
    printf("double型の値: %.15f\n", d_value);
    return 0;
}

float型の値: 1.123456835746765
double型の値: 1.123456789012345

#include <stdio.h>
int main() {
    // 物理シミュレーションにおけるfloat型の使用例
    float mass = 2.0f; // 質量
    float acceleration = 9.8f; // 加速度(重力加速度)
    float force = mass * acceleration; // 力 = 質量 × 加速度
    printf("物体にかかる力: %.2f N\n", force);
    return 0;
}

物体にかかる力: 19.60 N

#include <stdio.h>
int main() {
    // デジタル信号処理におけるfloat型の使用例
    float input_signal = 0.5f; // 入力信号
    float gain = 1.5f; // 増幅率
    float output_signal = input_signal * gain; // 出力信号 = 入力信号 × 増幅率
    printf("出力信号: %.2f\n", output_signal);
    return 0;
}

出力信号: 0.75

#include <stdio.h>
int main() {
    // 機械学習アルゴリズムにおけるfloat型の使用例
    float weight = 0.8f; // 重み
    float input = 1.2f; // 入力
    float bias = 0.5f; // バイアス
    float output = weight * input + bias; // 出力 = 重み × 入力 + バイアス
    printf("ニューラルネットワークの出力: %.2f\n", output);
    return 0;
}

ニューラルネットワークの出力: 1.46