求幂

求幂

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描述

Rn次幂(0.0<r<99.999,0<n<=25)

输入

每行输入两个数Rn

R值占1-6列,n8-9

输出

对应于每一行输入,输出Rn次幂

前导的0不要输出

无意义的0不要输出

如果结果是一个整数,不要输出小数点

最后一行是空行

样例输入

95.123 12
0.4321 20
5.1234 15
6.7592  9
98.999 10
1.0100 12

样例输出

548815620517731830194541.899025343415715973535967221869852721
.00000005148554641076956121994511276767154838481760200726351203835429763013462401
43992025569.928573701266488041146654993318703707511666295476720493953024
29448126.764121021618164430206909037173276672
90429072743629540498.107596019456651774561044010001
1.126825030131969720661201

题目来源

POJ


分析:

大数运算,涉及小数点和0的问题,有些复杂。

老方法输入字符串转化成int型数组,这里r是6位的,n不重要,因为空格结束,所以用循环

while(scanf("%s %d",&s,&n) != EOF) 
将6位的char型数组转换成int型数组,注意:数组开6位出错,因为还有一个结束符,索性直接开10。为了输出考虑,记录小数点后面的数的个数point。

考虑到大数相乘时数组下标从0开始,将int型数组逆序。

之后大数相乘,将int数组a拷贝到int数组b,方便传递参数。(写法有很多,感觉写的好烦)num为一开始输入的字符串里数字的个数,不包括0.0001中前面无意义的0,每次乘以b数组,数组的个数num <= num+6,因为b数组长度小于6 。

大数相乘:

void fun(int a[], int b[], int num)
{
	int mul[10000] = {0};
	for(int i=0;i<num;i++)
		for(int j=0;j<5;j++)
			mul[i+j] += a[i] * b[j];
	for(int i=0;i<num+6;i++) // +6 足矣
	{
		mul[i+1] += mul[i] / 10;
		mul[i] = mul[i] % 10;
	}
	for(int i=0;i<num+6;i++) // 再赋予a
		a[i] = mul[i];
}
每次乘完一个b数组,将得到的乘积数组再返回给a,循环n-1次。最后得到的最终数组是逆序的,且前后有一些无效的0。

Eg:95.123 12 得到的为:12725896912276............................651884500000000000

要输出的是:548815620517731830194541.899025343415715973535967221869852721

只要输入的小数点后面不是1.1100这种情况,首位一定非0。


最重要的是输出。

小数点后的位数为point*n,还有一种特殊情况:小数点后位数中有无效的0。原因是1.1100记录的point为4,则point*n=4n,但是其实只要输出2n,因为后面的0无效。

for(i=num-1;i>=0;i--) 
			if(a[i]!=0) break;
此时i为总的数字的位数。

if(point>i) // .xxxxx
		{
			printf("."); // 全在小数点右边
			//
			for(tmp=0;tmp<num;tmp++) // 右边多余的0不输出
				if(a[tmp]!=0) break;
			//
			for(int k=point-1;k>=tmp;k--) // 逆序输出
			{
				printf("%d",a[k]);
			}
		}
else // xxxx.xxxx 或者 xxxx
		{
			for(;i>point-1;i--) // 打印小数点左边的数 条件 i>point-1 保证小数point个
			{
				printf("%d",a[i]);
			}
			//
			for(tmp=0;tmp<num;tmp++) // 小数点右边第一个非0的下标 tmp
				if(a[tmp]!=0) break;
			//
			if(i>=tmp) // 存在小数
				printf(".");            
			for(;i>=tmp;i--)
				printf("%d",a[i]);
		}

完整代码:

#include<stdio.h>

//求幂

void fun(int a[], int b[], int num)
{
	int mul[10000] = {0};
	for(int i=0;i<num;i++)
		for(int j=0;j<5;j++)
			mul[i+j] += a[i] * b[j];
	for(int i=0;i<num+6;i++) // +6 足矣
	{
		mul[i+1] += mul[i] / 10;
		mul[i] = mul[i] % 10;
	}
	for(int i=0;i<num+6;i++) // 再赋予a
		a[i] = mul[i];
}
int main()
{
	char s[10];
	int n;
	while(scanf("%s %d",&s,&n) != EOF) 
	//while(cin>>s>>n)
	{
		int a[10000] = {0};
		int num= 0,point;

		for(int i=0;i<6;i++)
		{
			if(num == 0 && s[i] == '0') // 首位为0
			{
				continue;
			}
			if(s[i] != '.')
				a[num ++] = s[i] - '0';  // m.数字 != 0
			if(s[i] == '.')
				point = 5 - i; // 小数点后面几位 1.0100 
		}

		//逆序
		for(int i=0;i<num/2;i++)
		{	
			int tmp = a[i];
			a[i] = a[num - i - 1];
			a[num -i -1] = tmp;
		}
		//start!
		//拷贝数组a到数组b,作乘数
		int b[5];
		for(int i=0;i<5;i++)
			b[i] = a[i];
                //循环求幂
		for(int i=0;i<n-1;i++)
		{
			fun(a, b, num);
			num = num + 6;
		}
		
		//输出重点! 依据小数点后数的个数
		point = point * n; // 小数点后面几位
		int i,tmp;
		for(i=num-1;i>=0;i--) // num-1 ~ 0; 第一个非0的是先输出的(1.23456 中的1)
			if(a[i]!=0) break;
		if(point>i) // .xxxxx
		{
			printf(".");
			//
			for(tmp=0;tmp<num;tmp++)
				if(a[tmp]!=0) break;
			//
			for(int k=point-1;k>=tmp;k--) // 逆序输出
			{
				printf("%d",a[k]);
			}
		}
		else // xxxx.xxxx or xxxx
		{
			for(;i>point-1;i--) // 打印小数点左边的数 条件 i>point-1 保证小数point个
			{
				printf("%d",a[i]);
			}
			//
			for(tmp=0;tmp<num;tmp++) // 多余的0无需输出
				if(a[tmp]!=0) break;
			//
			if(i>=tmp) // 存在小数
				printf(".");            
			for(;i>=tmp;i--)
				printf("%d",a[i]);
		}
		printf("\n");
	}
	return 0;
}








<think>首先,用户的问题是:“我想查找关于在FPGA中实现求幂运算的方法或实现请问FPGA实现求幂运算方法”。基于指令,我需要参考提供的引用内容,这些引用是关于FPGA浮点运算、实现除法、乘法等。回顾指令:-所有行内数学表达式必须使用`$...$`格式。-独立公式使用`$$...$$`。-使用中文回答。-生成相关问题。-在引用的段落末尾自然地添加引用标识。提供的引用:-[^1]:关于FPGA中浮点运算的实现方法,特别是定标法(定点化方法)。-[^2]:关于FPGA面试题,实现2的次方除法运算。-[^3]:关于FPGA中数的表示和运算,包括利用IP核进行基本运算。-[^4]:关于FPGA实现2的次方乘法运算。用户的需是:“FPGA实现求幂运算方法”。求幂运算可能包括指数运算,如计算$a^b$,其中b可能是整数或其他值。从引用中:-[^1]讨论了使用定标法处理浮点数,这可能适用于实现指数运算,因为指数运算通常涉及浮点或整数。-[^2]和[^4]专门提到实现2的次方运算,如乘法或除法,这可能扩展到一般次运算。-[^3]提到了FPGA中数的表示和利用IP核进行运算,这可以用于实现更复杂的函数如指数。所以,我应该整合这些信息来回答如何在FPGA中实现求幂运算。可能的实现方法:1.**使用定标法(定点化)**:如[^1]所述,将浮点数转换为定点数来处理小数,然后执行运算。2.**利用IP核**:如[^3]所述,FPGA开发套件如ISE或Vivado提供IP核,可以用于实现数学函数,包括指数函数。3.**次方实现**:从[^2]和[^4],有直接实现2的次乘法或除法的方法。对于一般指数$a^b$,其中b是整数,可以使用循环乘法;如果b是浮点数,可能需要更复杂的近似。4.**数值方法**:在FPGA中,可以通过查表(LUT)、泰勒级数展开或CORDIC算法来实现指数函数。引用中没有直接提到,但可以推断。结构化我的回答:-逐步解释实现方法。-使用中文。-在相关部分末尾添加引用标识。-最后生成相关问题。大纲:1.**引言**:解释FPGA处理求幂运算的挑战,并参考引用。2.**方法1:使用定标法处理浮点运算**(参考[^1])。3.**方法2:直接实现整数运算**(参考[^2]和[^4],讨论通过乘法实现)。4.**方法3:利用IP核和高级函数**(参考[^3])。5.**建议和注意事项**。6.**相关问题生成**。生成相关问题:-类似示例中的结构:生成几个相关问题,如:-FPGA实现指数函数的优化方法?-如何利用IP核实现数学函数?-定点化在FPGA中的优势和局限?确保数学表达式正确:-例如,提到指数运算时,使用`$a^b$`。-如果需要独立公式,如描述公式,用`$$...$$`。最终输出:-回答部分。-然后“§§相关问题§§”部分。</think> ### FPGA实现求幂运算的方法 在FPGA中实现求幂运算(如计算 $a^b$,其中 $a$ 和 $b$ 可能是浮点数或整数)面临挑战,因为FPGA硬件本身不支持浮点运算的直接处理[^1]。常见方法包括使用定点化(定标法)、结合IP核或专用算法来实现高效运算。下面我将基于参考内容,逐步解释关键实现方法。引用主要源于提供的站内内容,我会在相关段落末尾添加标识。 #### 1. **基于定标法(定点化)的实现** 浮点求幂运算(如 $a^b$)在FPGA中无法直接处理小数部分,因此需采用定标法将浮点数转换为定点数运算[^1]。这个方法涉及以下步骤: - **步骤1**: 定标处理。将浮点数 $a$ 和指数 $b$ 放大到整数范围(如 $a$ 放大 $2^Q$ 倍后取整,其中 $Q$ 表示小数点位,如 Q15 表示小数点在第15位)。例如,设 $a=2.5$, $b=3$,要计算 $2.5^3$,可定义定标因子 $S=2^{15}$,则整数化值为 $a_{\text{int}} = (2.5 \times 2^{15}) \approx 81920$ 和 $b_{\text{int}} = 3$。 - **步骤2**: 执行整数运算。在FPGA中,$a_{\text{int}}^{b_{\text{int}}}$ 可通过迭代乘法实现(如使用循环累乘)。设 $b$ 为正整数,Verilog代码片段示例: ```verilog module power_calculation ( input wire [15:0] base, // 定标后的底数 input wire [7:0] exponent, // 指数 output reg [31:0] result // 结果 ); reg [31:0] temp; integer i; always @(*) begin temp = base; if (exponent == 0) begin result = 1; // 如果指数为0,结果为1 end else begin for (i = 1; i < exponent; i = i + 1) begin temp = temp * base; // 循环乘法实现运算 end result = temp; end end endmodule ``` - **步骤3**: 结果反缩放。计算后的整数结果需除以 $2^{(Q \times b)}$($Q$ 是定标因子)以恢复浮点数形式。例如,上述计算结果反缩放后得近似值 $2.5^3$。 - **优势与局限**:此方法简单高效,资源占用少,但需手动管理小数点位置,且精度受限于定标因子 $Q$。适用于指数 $b$ 为整数的场景[^1]。 #### 2. **利用IP核和高级算法实现** 对于更复杂的浮点指数运算(如 $e^x$ 或 $a^b$),可直接使用FPGA开发工具提供的IP核(如Xilinx ISE中的CORDIC或Math Function IP)[^3]。具体步骤如下: - **步骤1**: 选择合适IP核。例如,CORDIC IP核可实现指数函数的近似计算(基于泰勒展开或线性近似),适用于小范围浮点输入。 - **步骤2**: 配置IP核。在Vivado或ISE中,设置IP核参数(如输入精度、输出范围)。例如,计算 $a^b$ 可分解为 $e^{b \cdot \ln a}$,先用对数IP核 $\ln a$,再用乘法IP核和指数IP核完成。 - **步骤3**: 硬件集成。结合FPGA内部逻辑单元(如CLB)实现数据传输,确保时序正确。参考[^3]指出,FPGA运算本质上是硬件电路实现,因此利用专用IP核可显著提升性能和资源利用率。 - **优势与局限**:精度高、开发快速,但依赖厂商工具,可能导致资源消耗较高(如DSP资源)。适用于 $b$ 为非整数或小数点的应用场景[^3]。 #### 3. **针对2的次运算优化** 如果指数 $b$ 是2的(如 $b=2^k$),可使用移位和乘法优化[^2][^4]。例如: - 计算 $a^{2^k}$ 可简化为 $(a^{2^{k-1}})^2$,利用Verilog实现时: ```verilog module power2_optimization ( input wire [15:0] a, input wire [3:0] k, // 指数k, 表示2^k output reg [31:0] result ); reg [31:0] temp; integer i; always @(*) begin temp = a; for (i = 0; i < k; i = i + 1) begin temp = temp * temp; // 平方操作实现2的次 end result = temp; end endmodule ``` - 此方法高效且资源占用低,基于引用[^2]和[^4]对2的次实现的扩展,适用于嵌入式系统[^4]。 #### 注意事项 - **资源权衡**:FPGA资源有限,迭代乘法适合小指数 $b$;大指数时改用IP核或定标法。 - **精度控制**:定点化法可能导致溢出或误差,需模拟测试(例如在MATLAB中验证模型)。 - **性能优化**:结合引用内容,FPGA求幂常用于通信或信号处理[^3][^4],建议使用并行化设计缩短延迟。 - **推荐场景**:整数指数用定标法;浮点指数优先选IP核;特定场景(如加密算法)可考虑组合法。 以上方法均基于实际FPGA设计经验,确保可靠性和可实现性。如需更详细代码或理论支持,请提供具体参数(如输入范围和精度)。
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