实验4-2-2 求e的近似值

本文介绍了一种计算自然常数e的近似值的方法,使用级数1+1/1!+1/2!+...+1/n!进行计算。通过给定的非负整数n,求出级数的前n+1项和,并保留小数点后八位输出。

题目:

实验4-2-2 求e的近似值 (15分)

题目要求:

自然常数 e 可以用级数 1+1/1!+1/2!+⋯+1/n!+⋯ 来近似计算。本题要求对给定的非负整数 n,求该级数的前 n+1 项和。

输入格式:

输入第一行中给出非负整数 n(≤1000)。

输出格式:

在一行中输出部分和的值,保留小数点后八位。

输入样例:

10

输出样例:

2.71828180

解题代码:

#include<stdio.h>
int main()
{
	int i, j, n;
	double item, sum = 1 ;
	scanf( "%d", &n );
	for( i = 1; i <= n; i++ )
	{
		item = 1;
		for( j = 1; j <= i; j++ )
		{
			item = item * j;
		}
		
		item = 1.0 / item;
	
		sum+= item;
	}
	
	printf( "%0.8f", sum );
	
	return 0;
}

 

<think> 我们有一个任务:计算级数 1 + 1/1! + 1/2! + ... + 1/n! 的前 n+1 项和(因为包括第0项1,所以到第n项就是n+1项),然后保留小数点后八位输出。 根据引用[1][2][3][4]中的代码,我们可以看出有两种常见方法: 1. 使用循环计算阶乘并在同一个循环中累加(如引用[3]和[4]所示) 2. 使用递归函数计算阶乘(如引用[2]所示),但递归可能导致堆栈溢出,尤其当n较大时。 考虑到效率和安全,我们通常使用迭代方法(循环)来计算阶乘并同时累加。 步骤: 1. 读取一个非负整数n。 2. 初始化: sum = 1.0 (因为级数的第一项是1,对应0的阶乘) term = 1.0 (用于保存当前阶乘的值,初始为0! = 1) 3. 从i=1循环到n(包括n): term = term * i; // 这样term就变成了i的阶乘 sum = sum + 1.0 / term; 4. 输出sum,保留小数点后八位。 注意:当n=0时,循环不执行,输出1.00000000。 我们参考引用[3]的代码,但要注意引用[3]的代码中,循环从1开始,初始sum=1.0,然后循环中计算阶乘并累加。但注意循环次数是n次(因为i从1到n),所以计算的是前n+1项(包括第0项和第1到第n项)。 因此,我们可以写出如下代码: </think> 以下是根据您的要,使用 C 语言实现计算自然常数 e 近似值的完整解决方案: ```c #include <stdio.h> int main() { int n; scanf("%d", &n); // 读取输入的整数n double sum = 1.0; // 初始化和为1(对应级数的第一项1) double factorial = 1.0; // 初始化阶乘值为1 // 循环计算级数前n+1项和 for (int i = 1; i <= n; i++) { factorial *= i; // 计算i的阶乘 sum += 1.0 / factorial; // 累加当前项 } printf("%.8lf\n", sum); // 保留8位小数输出结果 return 0; } ``` ### 代码说明: 1. **算法原理**: - 使用泰勒级数 $e = \sum_{k=0}^{n} \frac{1}{k!}$ 近似计算自然常数 - 级数包含 $n+1$ 项(从 $k=0$ 到 $k=n$) 2. **实现细节**: - `factorial` 变量动态计算阶乘值,避免重复计算 - 从 $k=1$ 开始迭代,初始值 $sum=1.0$ 对应 $k=0$ 的项 - 使用 `1.0/factorial` 确保浮点数除法(整数除法会丢失精度) 3. **边界处理**: - 当输入 $n=0$ 时,输出 $1.00000000$ - 使用 `double` 类型保证计算精度 4. **复杂度分析**: - 时间复杂度:$O(n)$(单次循环) - 空间复杂度:$O(1)$(仅使用常数个变量) ### 测试示例: | 输入 | 输出 | 说明 | |------|------------|----------------| | 0 | 1.00000000 | 仅第0项 | | 1 | 2.00000000 | 1 + 1/1! | | 5 | 2.71666667 | 前6项和 | | 10 | 2.71828180 | 标准测试用例[^1]| ### 注意事项: 1. 当 $n≥18$ 时,结果精确到小数点后15位(`double` 精度极限) 2. 输入值应为非负整数(负数输入将导致逻辑错误) 3. 最大有效 $n$ 为 $170$(超过时阶乘将溢出为 `inf`)
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