負數的模

我們知道,在不同的語言中,對負數執行取模運算,結果有可能會是不同的。例如,(-11)%5在python中計算的結果是4,而在C(C99)中計算的結果則是-1。

truncate除法 && floor除法
 在大多數編程語言中,如果整數a不是整數b的整數倍數的話,那麼a、b做除法產生的實際結果的小數部分將會被截除,這個過程稱爲截尾(truncation)。如果除法的結果是正數的話,那麼一般的編程語言都會把結果趨零截尾,也就是說,直接把商的小數部分去除。但是如果除法的結果是負數的話,不同的語言通常採用了兩種不同的截尾方法:一種是趨零截尾(truncate toward zero),另一種是趨負無窮截尾(truncate toward negative infinity);相應的,兩種除法分別被稱爲truncate除法和floor除法。
 事實上,可以認爲不管除法的結果是正是負,truncate除法都是趨零結尾;而floor除法都是趨負無窮結尾。

取模運算
 取模運算實際上是計算兩數相除以後的餘數。假設q是a、b相除產生的商(quotient),r是相應的餘數(remainder),那麼在幾乎所有的計算系統中,都滿足a=b*q+r,其中|r|<|a|。因此r有兩個選擇,一個爲正,一個爲負;相應的,q也有兩個選擇。如果a、b都是正數的話,那麼一般的編程語言中,r爲正數;或者如果a、b都是負數的話,一般r爲負數。但是如果a、b一正一負的話,不同的語言則會根據除法的不同結果而使得r的結果也不同,並且一般r的計算方法都會滿足r=a-(a/b)*b

常見語言
 (1)C/Java語言
  C/Java語言除法採用的是趨零截尾(事實上,C89對於除數或被除數之一爲負數情況的結果是未定義的;C99才正式確定了趨零截尾),即truncate除法。它們的取模運算符是%,並且此運算符只接受整型操作數。一個規律是,取模運算的結果的符號與第一個操作數的符號相同(或爲0)。因此(-11)%5=-11-[(-11)/5]*5=-11-(-2)*5=-1

 (2)C++語言
  C++語言的截尾方式取決於特定的機器。如果兩個操作數均爲正,那麼取模運算的結果也爲正數(或爲0);如果兩個操作數均爲負數,那麼取模運算的結果爲負數(或爲0);如果只有一個操作數爲負數,那麼取模運算的結果是取決於特定實現的。

 (3)Python語言
  Python語言除法採用的是趨負無窮截尾,即floor除法。它的取模運算符也是%,並且此運算符可以接受浮點操作數。一個類似的規律是,取模運算的結果的符號與第二個操作數的符號相同。因此(-11)%5=-11-[(-11)/5]*5=-11-(-3)*5=4
  這裏需要注意的是,Python 3.x中"/"運算符的意義發生了變化,"/"產生的結果將不會再進行截尾;相應的"//"運算符的結果纔會進行截尾。

 (4)Common Lisp
  Common Lisp的特殊操作符(special operator)"/"的結果是分數,因此不會存在截尾的問題。但是Common Lisp提供了TRUNCATE函數和FLOOR函數分別對應上述的兩種除法。相應的,Common Lisp的REM函數類似於C/Java語言中的取模運算;而MOD函數類似於Python語言中的取模運算。

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