Python Decimal - mili (10e-3) 和 micro (10e-6) 的工程符号

Posted 2023-04-13

【中文标题】Python Decimal - mili (10e-3) 和 micro (10e-6) 的工程符号

【英文标题】：Python Decimal - engineering notation for mili (10e-3) and micro (10e-6)

【发布时间】：2013-07-31 14:32:23

【问题描述】：

这是困扰我的例子：

>>> x = decimal.Decimal('0.0001')
>>> print x.normalize()
>>> print x.normalize().to_eng_string()
0.0001
0.0001

有没有办法用工程符号来表示 mili (10e-3) 和 micro (10e-6)？

【问题讨论】：

这是您要找的吗？ ***.com/questions/6913532/…

不。工程符号是浮点表示，其中指数仅为 3 的倍数，尾数永远不会超过 3 位。 Reference

那么，这个工程符号是100E-6

@sihrc 是的，没错。

看起来零有你的答案。如果异常困扰您，您可能可以实现自己的代码来处理异常。

【参考方案1】：

这是一个明确执行操作的函数，并且还支持对指数使用 SI 后缀：

def eng_string( x, format='%s', si=False):
    '''
    Returns float/int value <x> formatted in a simplified engineering format -
    using an exponent that is a multiple of 3.

    format: printf-style string used to format the value before the exponent.

    si: if true, use SI suffix for exponent, e.g. k instead of e3, n instead of
    e-9 etc.

    E.g. with format='%.2f':
        1.23e-08 => 12.30e-9
             123 => 123.00
          1230.0 => 1.23e3
      -1230000.0 => -1.23e6

    and with si=True:
          1230.0 => 1.23k
      -1230000.0 => -1.23M
    '''
    sign = ''
    if x < 0:
        x = -x
        sign = '-'
    exp = int( math.floor( math.log10( x)))
    exp3 = exp - ( exp % 3)
    x3 = x / ( 10 ** exp3)

    if si and exp3 >= -24 and exp3 <= 24 and exp3 != 0:
        exp3_text = 'yzafpnum kMGTPEZY'[ ( exp3 - (-24)) / 3]
    elif exp3 == 0:
        exp3_text = ''
    else:
        exp3_text = 'e%s' % exp3

    return ( '%s'+format+'%s') % ( sign, x3, exp3_text)

【讨论】：

这是一个很棒的功能！它运作良好。我建议进行一项改进，例如 x = numpy.float64(x) 因为它不能完全处理整数

这很好，但正如保罗建议的那样，它不适用于整数。建议添加import math 和x=float(x) （不需要带numpy进去..？）

另外两个建议：对于python3，我们需要显式地进行整数除法，所以'yzafpnum kMGTPEZY'[ exp3 // 3 + 8] 对于x=0，我们需要一个case，比如if x==0: exp=0, exp3=0

【参考方案2】：

编辑： Matplotlib 实现了工程格式化程序，因此一种选择是直接使用 Matplotlibs 格式化程序，例如：

import matplotlib as mpl
formatter = mpl.ticker.EngFormatter()
formatter(10000)

result: '10 k'

原答案：

基于 Julian Smith 的出色回答（和this 回答），我更改了功能以改进以下几点：

Python3 兼容（整数除法） 兼容0输入 四舍五入到有效位数，默认为 3，不打印尾随零

所以这里是更新的函数：

import math
def eng_string( x, sig_figs=3, si=True):
    """
    Returns float/int value <x> formatted in a simplified engineering format -
    using an exponent that is a multiple of 3.

    sig_figs: number of significant figures

    si: if true, use SI suffix for exponent, e.g. k instead of e3, n instead of
    e-9 etc.
    """
    x = float(x)
    sign = ''
    if x < 0:
        x = -x
        sign = '-'
    if x == 0:
        exp = 0
        exp3 = 0
        x3 = 0
    else:
        exp = int(math.floor(math.log10( x )))
        exp3 = exp - ( exp % 3)
        x3 = x / ( 10 ** exp3)
        x3 = round( x3, -int( math.floor(math.log10( x3 )) - (sig_figs-1)) )
        if x3 == int(x3): # prevent from displaying .0
            x3 = int(x3)

    if si and exp3 >= -24 and exp3 <= 24 and exp3 != 0:
        exp3_text = 'yzafpnum kMGTPEZY'[ exp3 // 3 + 8]
    elif exp3 == 0:
        exp3_text = ''
    else:
        exp3_text = 'e%s' % exp3

    return ( '%s%s%s') % ( sign, x3, exp3_text)

【讨论】：

你为什么要导入 FuncFormatter 而不是使用它？但是您正在使用 np (numpy?)

你说得对，导入是不必要的。我更新了答案，谢谢！

这个答案对于负数是不正确的。看起来第一个 elif 应该是 if 否则相应的 else 块中的所有计算都将被跳过。

这里 numpy 的使用是可选的。该函数适用于 Python 标准库数学模块中的等效函数。

我同意你们的两个 cmets。此函数将始终将标量作为输入，因此数学模块似乎是更好的选择。我更新了答案，谢谢。

【参考方案3】：

decimal 模块遵循Decimal Arithmetic Specification，它声明：

to-scientific-string – 转换为数字字符串

[...]

首先将系数转换为以十为底的字符串，使用字符 0 到 9，不带前导零（除非它的值为零，在这种情况下使用单个 0 字符）。 接下来，计算调整后的指数；这是指数加上转换系数中的字符数减去一。即，exponent+(clength-1)，其中 clength 是十进制数字的系数长度。

如果指数小于或等于0，并且调整后的指数大于或等于-6，数字将被转换 转换为不使用指数符号的字符形式。

[...]

to-engineering-string – 转换为数字字符串

此操作将数字转换为字符串，使用工程 如果需要指数，则表示法。

转换完全遵循科学转换规则 数字字符串 除非是指数的有限数 使用符号。

或者，换句话说：

>>> for n in (10 ** e for e in range(-1, -8, -1)):
...     d = Decimal(str(n))
...     print d.to_eng_string()
... 
0.1
0.01
0.001
0.0001
0.00001
0.000001
100E-9

【讨论】：

我正在寻找解决方法。这样to_eng_string() 适用于较小的数字。在标准方式中，mili 和 micro 前缀被完全忽略，而且它们经常被忽略。

@Alan 这是一个稍微不同的问题——你要求“所有情况的工程符号”，你得到了，每个规范。您所追求的是“我的工程符号变体”，这是可以理解的标准库中缺少的。

我知道混乱来自哪里。 “所有情况”是指它不会歧视mili 和micro。将更改主题以使其更清楚。

@ZeroPiraeus 这个专有 (IBM) 规范实际上承认它没有对无限数应用工程符号！作为一名工程师，我同意 Alan 的观点，即 Python 在采用这个专有规范时选择不当。

@Alan 你说对了，engineering notation 在实现这个专有规范时并不适用于所有情况。当完整引用本规范时，这一点变得显而易见。另请参阅我的其他评论。

【参考方案4】：

我意识到这是一个旧线程，但它确实接近搜索 python engineering notation 的顶部，并且将这些信息放在此处似乎是谨慎的。

我是一名喜欢“工程101”工程单元的工程师。我什至不喜欢0.1uF 之类的名称，我希望它读作100nF。我使用了 Decimal 类，并不喜欢它在可能值范围内的行为，所以我推出了一个名为 engineering_notation 的包，它可以通过 pip 安装。

pip install engineering_notation

从 Python 内部：

>>> from engineering_notation import EngNumber
>>> EngNumber('1000000')
1M
>>> EngNumber(1000000)
1M
>>> EngNumber(1000000.0)
1M
>>> EngNumber('0.1u')
100n
>>> EngNumber('1000m')
1

这个包还支持比较和其他简单的数值运算。

https://github.com/slightlynybbled/engineering_notation

【参考方案5】：

«完整»引述说明了问题所在！

decimal 模块确实遵循 专有 (IBM) Decimal Arithmetic Specification. 引用此 IBM 规范全文清楚地表明 decimal.to_eng_string() 有什么问题（强调添加）：

to-engineering-string – 转换为数字字符串

此操作将数字转换为字符串，使用工程 如果需要指数，则表示法。

转换完全遵循科学转换规则 数字字符串 除外在有限数的情况下，其中指数 使用符号。在这种情况下，通过在小数点前面放置一个、两个或三个字符（即小数点前的部分），将转换后的指数调整为三的倍数（工程符号）点的范围为 1 到 999）。这可能需要添加一个或两个尾随零。

如果调整后小数点后面没有数字，则不添加。如果最终指数为零，则没有指示字母和指数后缀。

这个专有的 IBM 规范实际上承认不对带有 infinite decimal representation 的数字应用工程符号，而是使用普通的科学记数法！这显然是打开了Python bug report 的错误行为。

解决方案

from math import floor, log10

def powerise10(x):
    """ Returns x as a*10**b with 0 <= a < 10
    """
    if x == 0: return 0,0
    Neg = x < 0
    if Neg: x = -x
    a = 1.0 * x / 10**(floor(log10(x)))
    b = int(floor(log10(x)))
    if Neg: a = -a
    return a,b

def eng(x):
    """Return a string representing x in an engineer friendly notation"""
    a,b = powerise10(x)
    if -3 < b < 3: return "%.4g" % x
    a = a * 10**(b % 3)
    b = b - b % 3
    return "%.4gE%s" % (a,b)

来源：https://code.activestate.com/recipes/578238-engineering-notation/

测试结果

>>> eng(0.0001)
100E-6

【讨论】：

你的意思不是真的是“无限的数字”，对吗？你建议Decimal('inf').to_eng_string() 的输出应该是什么？

顺便说一句，引用的句子很危险地接近模棱两可。它应该读作“除了（那些使用指数符号的有限数的情况）”，而不是“除了使用指数符号的有限数”。

@MarkDickinson 我同意，引用的规范是模棱两可的。我编辑了我的文字，清楚地表明它的意思是infinite decimal representation。

我认为您误解了规范中的那句话。它与无限数无关，也与没有有限长度十进制表示的数字无关。 （decimal 模块的重点是 所有 可表示的数字都有一个有限长度的十进制表示。）这只是说 finite的工程格式和科学格式是相同的> 数量不够大或小到需要指数的数字。无限不会出现在任何地方。

【参考方案6】：

类似于上面的答案，但更紧凑：

from math import log10, floor

def eng_format(x,precision=3):
    """Returns string in engineering format, i.e. 100.1e-3"""
    x = float(x)  # inplace copy
    if x == 0:
        a,b = 0,0
    else: 
        sgn = 1.0 if x > 0 else -1.0
        x = abs(x) 
        a = sgn * x / 10**(floor(log10(x)))
        b = int(floor(log10(x)))

    if -3 < b < 3: 
        return ("%." + str(precision) + "g") % x
    else:
        a = a * 10**(b % 3)
        b = b - b % 3
        return ("%." + str(precision) + "gE%s") % (a,b)

试用：

In [10]: eng_format(-1.2345e-4,precision=5)
Out[10]: '-123.45E-6'