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Calcul de pi avec la bibliothèque gmp

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Contenu du snippet

Un calcul du nombre PI grâce à la librairie GMP
Vous pouvez trouver un très grand nombre de décimales

Source / Exemple :


#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <gmpxx.h>
#include <iomanip>
#include <vector>
#include <math.h>

using namespace std;
mpz_class MoinsUnPuissanceN(mpz_class n);

inline mpz_class MoinsUnPuissanceN(mpz_class n)
{
     mpz_class retour;
     mpz_class un(1);

     mpz_and(retour.get_mpz_t(),n.get_mpz_t(),un.get_mpz_t());
     if (retour==1)
	  retour=-1;
     else
	  retour=1;
     
     return retour;
}

mpf_class Process_MadhavaLeibniz(mpz_class iterations)
{
     mpf_class retour(0);
     mpf_class deux(2), un(1);

     for (mpz_class i=0; i<=iterations;i++)
     {
	  retour+=(MoinsUnPuissanceN(i)/(deux*i+un));
     }

     return retour*deux*deux;
}

void MadhavaLeibniz()
{
     mpz_class iterations;
     time_t temps;
     unsigned long int precision;

     cout<<endl<<"Nombre d'iterations : ";
     cin>>iterations;
     cout<<endl<<"Nombre de bits pour chaque variable : ";
     cin>>precision;
     mpf_set_default_prec(precision);
     temps=time(NULL);
     cout<<endl<<"Valeur approchée de PI : "<< setprecision(precision)<<Process_MadhavaLeibniz(iterations)<<endl;
     cout<<"en "<<time(NULL)-temps<<" secondes"<<endl;
}

mpf_class Process_Wallis(mpz_class iterations)
{
     mpf_class retour(1);
     mpf_class deux(2), un(1);
     mpf_class puissance,donnee;

     for (mpz_class i=1; i<=iterations; i++)
     {
	  donnee=deux*i+1;
	  mpf_pow_ui(puissance.get_mpf_t(),donnee.get_mpf_t(),2);
	  retour*=(un-un/(puissance));
     }
     return retour*deux*deux;
     
}

void Wallis()
{
     mpz_class iterations;
     time_t temps;
     unsigned long int precision;

     cout<<endl<<"Nombre d'iterations : ";
     cin>>iterations;
     cout<<endl<<"Nombre de bits pour chaque variable : ";
     cin>>precision;
     mpf_set_default_prec(precision);
     temps=time(NULL);
     cout<<endl<<"Valeur approchée de PI : "<< setprecision(precision)<<Process_Wallis(iterations)<<endl;
     cout<<"en "<<time(NULL)-temps<<" secondes"<<endl;

}

mpf_class Process_Viete(mpz_class iterations)
{
     mpf_class retour, encours, addition;
     mpf_class deux(2);
     mpf_sqrt_ui(retour.get_mpf_t(),2);
     encours=retour;
     retour=(deux/retour)*deux;

     for (mpz_class i=1; i<=iterations; i++)
     {
	  addition=2+encours;
	  mpf_sqrt(encours.get_mpf_t(),addition.get_mpf_t());
	  retour*=(deux/encours);
     }
     return retour;
     
}

void Viete()
{
     mpz_class iterations;
     time_t temps;
     unsigned long int precision;

     cout<<endl<<"Nombre d'iterations : ";
     cin>>iterations;
     cout<<endl<<"Nombre de bits pour chaque variable : ";
     cin>>precision;
     mpf_set_default_prec(precision);
     temps=time(NULL);
     cout<<endl<<"Valeur approchée de PI : "<< setprecision(precision)<<Process_Viete(iterations)<<endl;
     cout<<"en "<<time(NULL)-temps<<" secondes"<<endl;

}

mpf_class Process_SuiteLeibniz(mpz_class iterations)
{
     mpf_class retour;
    
     vector<mpf_class> Vecteur1(iterations.get_ui()*2+1);
     vector< vector<mpf_class> > Vecteur2(iterations.get_ui()*2+1,Vecteur1);

     for (mpz_class j=1; j<Vecteur2.size();j++)
     {
	  Vecteur2[0][j.get_ui()]=Process_MadhavaLeibniz(j);
     }

     for (mpz_class i=1; i<Vecteur1.size();i++)
     {
	  for (mpz_class j=1; j<Vecteur2.size();j++)
	  {
	       Vecteur2[i.get_ui()][j.get_ui()]=(Vecteur2[i.get_ui()-1][j.get_ui()]+Vecteur2[i.get_ui()-1][j.get_ui()+1])/2;
	  }
     }
     
     return Vecteur2[iterations.get_ui()][iterations.get_ui()];
     
}

void SuiteLeibniz()
{
     mpz_class iterations;
     time_t temps;
     unsigned long int precision;

     cout<<endl<<"Nombre d'iterations : ";
     cin>>iterations;
     cout<<endl<<"Nombre de bits pour chaque variable : ";
     cin>>precision;
     mpf_set_default_prec(precision);
     temps=time(NULL);
     cout<<endl<<"Valeur approchée de PI : "<< setprecision(precision)<<Process_SuiteLeibniz(iterations)<<endl;
     cout<<"en "<<time(NULL)-temps<<" secondes"<<endl;
}

mpf_class Process_Salamin_Brent(mpz_class iterations)
{
     mpf_class retour, an, bn, tn, pn, b0,temp;
     mpf_class a0(1), p0(1),t0(0.25);
     mpf_sqrt_ui(b0.get_mpf_t(),2);
     b0=1/b0;
    
     for (mpz_class i=1; i<=iterations;i++)
     {
	  an=(a0+b0)/2;
	  temp=a0*b0;
	  mpf_sqrt(bn.get_mpf_t(),temp.get_mpf_t());
	  temp=a0-an;
	  mpf_pow_ui(temp.get_mpf_t(),temp.get_mpf_t(),2);
	  tn=t0-temp*p0;
	  pn=2*p0;

	  a0=an;
	  b0=bn;
	  t0=tn;
	  p0=pn;

     }
     temp=an+bn;
     mpf_pow_ui(retour.get_mpf_t(),temp.get_mpf_t(),2);
     retour/=(4*tn);

     return retour;
     
}

void Algo_Salamin_Brent()
{
     mpz_class iterations;
     time_t temps;
     unsigned long int precision;

     cout<<endl<<"Nombre d'iterations : ";
     cin>>iterations;
     cout<<endl<<"Nombre de bits pour chaque variable : ";
     cin>>precision;
     mpf_set_default_prec(precision);
     temps=time(NULL);
     cout<<endl<<"Valeur approchée de PI : "<< setprecision(precision)<<Process_Salamin_Brent(iterations)<<endl;
     cout<<"en "<<time(NULL)-temps<<" secondes"<<endl;
}

mpf_class Process_BBP(mpz_class iterations)
{
     mpf_class retour(0);

     if (iterations<pow(2,sizeof(int)*8))
     {
#define avecentier
     }
     else
     {
#define avecGMP
     }

#if defined avecentier
     for (unsigned int i=0; i<=iterations.get_ui(); i++)
#elif defined avecGMP
     for( mpf_class i=0; i<iterations;i++)
#endif
     {
	  mpf_class ajout, temp8i, temp/*, huit(8), quatre(4), deux(2), cinq(5), six(6), un(1)*/, seize(16);

	  temp8i=8*i;
	  temp=temp8i+1;
	  ajout=4/temp;

	  temp=temp8i+4;
	  ajout-=(2/temp);

	  temp=temp8i+5;
	  ajout-=(1/temp);

	  temp=temp8i+6;
	  ajout-=(1/temp);

	 
#if defined avecentier

	  mpf_pow_ui(temp.get_mpf_t(),seize.get_mpf_t(),i);
#elif defined avecGMP

	  temp=1;

	  for (mpf_class j=0; j<i; j++)
	  {
	       mpf_mul_ui(temp.get_mpf_t(),temp.get_mpf_t(),16);
	  } 

#endif

	  ajout*=(1/temp);

	  retour+=ajout;

     }

     return retour;

}

void BBP()
{
mpz_class iterations;
     time_t temps;
     unsigned long int precision;

     cout<<endl<<"Nombre d'iterations : ";
     cin>>iterations;
     cout<<endl<<"Nombre de bits pour chaque variable : ";
     cin>>precision;
     mpf_set_default_prec(precision);
     temps=time(NULL);
     cout<<endl<<"Valeur approchée de PI : "<< setprecision(precision)<<Process_BBP(iterations)<<endl;
     cout<<"en "<<time(NULL)-temps<<" secondes"<<endl;

}

int main(void)
{
     int choix;

     do
     {
	  cout<<endl<<"Calcul du nombre PI par différentes méthodes"<<endl<<endl;
	  cout<<"1 : Par la formule de Madhava-Leibniz"<<endl;
	  cout<<"2 : Par la formule de Wallis"<<endl;
	  cout<<"3 : Par la formule de Viete"<<endl;
	  cout<<"4 : Par la suite de Leibniz"<<endl;
	  cout<<"5 : Par l'algorithme de Salamin et Brent"<<endl;
	  cout<<"6 : Par la formule BBP"<<endl;
	  cout<<"0 : Arret du programme"<<endl;
	  cout<<endl<<"Votre choix ?"<<endl;
	  cin>>choix;

	  switch (choix)
	  {
	  case 1:
	       MadhavaLeibniz();
	       break;
	 
	  case 2:
	       Wallis();
	       break;
	  case 3:
	       Viete();
	       break;
	  case 4:
	       SuiteLeibniz();
	       break;
	  case 5:
	       Algo_Salamin_Brent();
	       break;
	  case 6:
	       BBP();
	       break;
	  }

     }
     while (choix!=0);

     return EXIT_SUCCESS;
}

Conclusion :


Il faut récupérer la librairie sur ce site : http://gmplib.org/
et compiler le projet en mettant les liens de la librairie.
De cette façon par exemple avec le compilateur gcc : g++ -o PI_GMP -lgmpxx -lgmp -g *.cpp

Pour calculer les 128000 premiers chiffres, j'ai mis environ 2 heures sur un core i7 avec l'algorithme de Salamin et Brent.
Les chiffres sont disponibles sur ce site : http://jlsigrist.com/pi.html

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