# 04.7 计算Pi的精确值

在本小节中你将学习到如何使用Go标准库`math/big`以及其提供的特殊类型，并计算高精度的**Pi**值。

> *本节的代码是我所见过的最丑陋的Go代码，甚至用Java写看起来都会好一些。*

`calculatePi.go`使用Bellard规则计算Pi值，代码将分4部分展示。

第一部分：

> ```go
> package main
>
> import (
>    "fmt"
>    "math"
>    "math/big"
>    "os"
>    "strconv"
> )
>
> var precision uint = 0
> ```

`precision`变量代表你想得到的Pi值精度，其声明为全局变量保证在整个程序中都可以被访问到。

第二部分：

> ```go
> func Pi(accuracy uint) *big.Float {
>    k := 0
>    pi := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(0)
>    k1k2k3 := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(0)
>    k4k5k6 := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(0)
>    temp := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(0)
>    minusOne := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(-1)
>    total := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(0)
>
>    two2Six := math.Pow(2, 6)
>    two2SixBig := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(two2Six)
> ```

`new(big.Float)`创建一个`big.Float`类型的变量，并调用`SetPrec()`函数将精度设置为参数`precision`。

第三部分是贝拉算法计算精确Pi值的函数`Pi()`实现（关于贝拉算法可查看文末简介）：

> ```go
> for {
>       if k > int(accuracy) {
>          break
>       }
>       t1 := float64(float64(1) / float64(10*k+9))
>       k1 := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(t1)
>       t2 := float64(float64(64) / float64(10*k+3))
>       k2 := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(t2)
>       t3 := float64(float64(32) / float64(4*k+1))
>       k3 := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(t3)
>       k1k2k3.Sub(k1, k2)
>       k1k2k3.Sub(k1k2k3, k3)
>
>       t4 := float64(float64(4) / float64(10*k+5))
>       k4 := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(t4)
>       t5 := float64(float64(4) / float64(10*k+7))
>       k5 := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(t5)
>       t6 := float64(float64(1) / float64(4*k+3))
>       k6 := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(t6)
>       k4k5k6.Add(k4, k5)
>       k4k5k6.Add(k4k5k6, k6)
>       k4k5k6 = k4k5k6.Mul(k4k5k6, minusOne)
>       temp.Add(k1k2k3, k4k5k6)
>
>       k7temp := new(big.Int).Exp(big.NewInt(-1), big.NewInt(int64(k)), nil)
>       k8temp := new(big.Int).Exp(big.NewInt(1024), big.NewInt(int64(k)), nil)
>
>       k7 := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(0)
>       k7.SetInt(k7temp)
>       k8 := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(0)
>       k8.SetInt(k8temp)
>
>       t9 := float64(256) / float64(10*k+1)
>       k9 := new(big.Float).SetPrec(precision).SetFloat64(t9)
>       k9.Add(k9, temp)
>       total.Mul(k9, k7)
>       total.Quo(total, k8)
>       pi.Add(pi, total)
>
>       k = k + 1
>    }
>    pi.Quo(pi, two2SixBig)
>    return pi
> }
> ```

这部分代码是贝拉算法的Go实现，你必须借助于`math/big`包中特定的函数进行计算，因为这些函数能够实现你想要达到的数字精度，可以说如果不使用`big.Float`、`big.Int`变量以及`math/big`中的函数，高精度的Pi值根本无法计算。

最后一部分代码：

> ```go
> func main() {
>    arguments := os.Args
>    if len(arguments) == 1 {
>       fmt.Println("Please provide one numeric argument!")
>       os.Exit(1)
>    }
>
>    temp, _ := strconv.ParseUint(arguments[1], 10, 32)
>    precision = uint(temp) * 3
>
>    PI := Pi(precision)
>    fmt.Println(PI)
> }
> ```

执行`calculatePi.go`得到如下输出：

> $ go run calculatePi.go
>
> Please provide one numeric argument!
>
> exit status 1
>
> $ go run calculatePi.go 20
>
> 3.141592653589793258
>
> $ go run calculatePi.go 200
>
> 3.141592653589793256960399361738762404019183156248573243493179283571046450248913467118511784317615354282017929416292809050813937875283435610586313363548602436768047706489838924381929

本节的代码需要使用很多不同的数据类型，务必保证数据类型的正确使用！

*课外阅读*

> 文中提到的贝拉算法简介：
>
> *Fabrice Bellard在圆周率算法方面也有着惊人的成就，1997年FabriceBellard提出最快圆周率算法公式。在计算圆周率的过程中，Fabrice Bellard使用改良后的查德诺夫斯基方程算法来进行圆周率的计算，并使用贝利-波温-劳夫算法来验证计算的结果。为了纪念他对圆周率算法所作出的杰出贡献，Fabrice Bellard所使用的改良型算法被命名为Fabrice Bellard算法，这种算法是目前所有圆周率算法中最快的一种，这个计算N位PI的公式比传统的BBQ算法要快47%。 2009年的最后一天，Fabr ice Bellard宣布另一重大突破：他用桌面电脑打破了由超级计算机保持的圆周率运算记录。这是一个壮举， 他将PI计算到了小数点后2.7万亿位！更令人惊讶的是， 他使用的不过是价格不到2000欧元的个人PC，仅用了116天，就计算出了PI的小数点后第2.7万亿位，超过了排名世界第47位的T2K Open超级计算机于2009年8月17日创造的世界纪录。新纪录比原纪录多出1200亿位，然而，他使用的这台桌面电脑的配置仅为：2.93GHz Core i7 CPU，6GB内存，7.5TB硬盘! 不过这次为了加快计算完成的速度保住排名第一的位置，Fabrice Bel lard使用了9台联网的电脑来对数据进行验证， 若使用一台电脑来验证计算结果的话， 则需要额外增加13天的计算时间。 Fabrice Bellard在圆周率方面的辉煌成就， 使他创造多次圆周率单一位计算的世界纪录（计算10的整次幂位） ， 也曾因此而登上《*[*科学美国人*](https://baike.baidu.com/item/科学美国人/810009)*》法文版。*


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