Sõna "ümardamine" tähendab arvväärtuse asendamist teise väärtusega, mis on ligikaudu võrdne, kuid mille esituse vorm on lühem, lihtsam või selgem. Näiteks 23,74 USA dollarit võib ümardada 24 USA dollariks või murdosa 312/937 võib ümardada 1/3-ni; väljend 2 {\displaystyle {\sqrt {2}} võib ümardatult olla 1,41.
Ümardamist tehakse sageli meelega, et saada väärtus, mida on lihtsam kirjutada, kuvada või käsitseda kui algset. Seda kasutatakse ka arvväärtuse täpsuse näitamiseks: kui tulemuseks on 123,456, kuid mõõtmise täpsus on vaid mõnesaja ühiku suurusjärgus, on asjakohasem märkida "umbes 123,500".
Mis on ümardamise eesmärgid
- Lihtsama esituse saamine (näiteks raha, mõõtühikud, aruanded).
- Täpsuse piiritlemine — näidata, millisel täpsustasemel andmed kehtivad.
- Arvutuste leidmine, kus liiga palju detsimaale ei ole vajalikud või segavad.
- Andmete kodeerimine ja edastamine piiratud täpsusega süsteemides (nt digitaalne helitöötlus).
Levinumad ümardamismeetodid
- Allapoole ümardamine (floor / trunc) — asendatakse lähima väiksema esitatava väärtusega (näiteks 3,7 → 3).
- Ülespoole ümardamine (ceil) — asendatakse lähima suurema esitatava väärtusega (näiteks 3,1 → 4).
- Lähima väärtuse ümardamine — ümardatakse selle poole, milleni jääv kaugus on väiksem (3,4 → 3; 3,6 → 4).
- Seos-/poolelt ümardamine (tie-breaking) — kui täpsustav number on täpselt pool tee peal (näiteks 2,5 ümardamine ühe detsimaali puhul), kasutatakse eri reegleid:
- klassikaline "ümarda üles" (2,5 → 3),
- "panga ümardamine" ehk lähim paarisarv (banker's rounding; 2,5 → 2, 3,5 → 4),
- ära lõika (trunc) või alati üles/down jne.
- Ümardamine tähestikuliste signifikantide järgi — ümardatakse kindla arvuni tähestikulisi (significant) numbreid, mitte konkreetseid komakohti (näiteks 0,012345 ümardatuna kolmele olulisele numbrile → 0,0123).
Matemaatilised funktsioonid ja ümardamine
Ümardamine on paljude arvutuste puhul peaaegu vältimatu, eriti kahe arvu jagamisel täisarvu- või täispunktiaritmeetikas, matemaatiliste funktsioonide, näiteks ruutjuurte, logaritmide ja siinuste arvutamisel või kui kasutatakse fikseeritud arvuga ujukomaarvu esitusviisi. Arvutuste jadas kumuleeruvad need ümardamisvead üldiselt ja teatud "halva seisundi" korral võivad need muuta tulemuse väärtusetuks või eksitavaks.
Transtsendentsete funktsioonide täpne ümardamine on eraldi keeruline küsimus, sest ei pruugi ette teada, mitu täiendavat kohta tuleb arvutada, et otsustada, kas ümardada üles- või allapoole. Seda nimetatakse sageli "tabeli tegija dilemmaks": kui valmistatakse valmi- või tabelväärtusi, tuleb otsustada, millal arvutus on piisavalt täpne, et lõplik ümardamine oleks õige.
Ümardamisvead ja nende omadused
- Ümardamisviga on tegeliku ja ümardatud väärtuse erinevus. See on piiratud: näiteks kümnendkohtade järgi ümardamist tehes on vea maksimum pool ühest aluse astmest (nt ühe kümnendkoha ümardamisel ≤ 0,05).
- Kumuleerumine — korduvad ümardamised liidetud operatsioonide jadas võivad tekitada märkimisväärse nihke.
- Süsteemne eelistus — kui alati ümardatakse üles, tekib positiivne eelarvamus; seetõttu kasutatakse mõnikord "banker's rounding", et eelarvamus vähendada.
- Rount-off oscillation — fikseeritud-arvude esitamisel ja ümardamisel tekivad mõnikord korduvad äärmused või ebatäpsused, mis võivad mõjutada stabiilsust (oluline numbrilises analüüsis).
Arvutustehnika ja digitaalne esitus
Arvutites on ümardamine kriitiline: füüsikalised suurused ja muud mõõdetud väärtused tuleb tihti kodeerida digitaalsignaalidega või arvuti arvutivõimelise mantissaga (lihtsamas keeles: piiratud täpsusega kujul). Tänapäevased IEEE 754 standardid määratlevad mitmeid ümardamisrežiime (näiteks lähim paarisarv, üles, alla, poolelt üles jne) ning reeglid special-väärtuste (NaN, ±inf) käsitlemiseks.
Fikseeritud komakohaga (fixed-point) esitus on levinud piiratud ressursiga süsteemides ja majanduslike rakenduste puhul; puuduseks on piiratud dünaamiline vahemik ja kumuleeruvad ümardamisvead. Ujukomaarvutuses (floating point) on oluline mõista, et aritmeetika ei ole täpselt assotsiatiivne — (a + b) + c ei pruugi võrdselt a + (b + c) — ning selle tõttu tuleb algoritme hoolikalt kujundada, et vigu kontrollida.
Praktilised soovitused
- Mõtle, millist ümardamisrežiimi sinu rakendus vajab: vältimaks eelarvamust, kasuta režiimi, mis sobib andmeiseloomuga (nt statistikaks tavaliselt lähim paarisarv).
- Kui võimalik, säilita täpne arvutusmaksimaalne täpsus ja lõpuks ümarda ainult väljundi kuvamiseks.
- Kasuta sobivaid andmetüüpe (fikseeritud vs ujukoma) ja testi kumuleerumõju pikemate arvutuste puhul.
- Mõista mõõtmise täpsust — ära anna välja näitajaid täpsuse illusiooniga; kujuta mõõtetulemust koos usaldusvahemiku või tähestikulise täpsusega.
Kokkuvõte
Ümardamine on matemaatikas ja arvutustehnikas laialdaselt kasutatav vahend, mille eesmärk on lihtsustada väärtuste esitust ja anda teada mõõtmis- või arvutustäpsusest. Samas kaasneb sellega ümardamisviga ja võimalik kumuleerumine, mistõttu tuleb valida sobiv ümardamismeetod ja -režiim vastavalt eesmärgile. Erinevad tööstused ja standardid (nt arvutustehnika IEEE 754) annavad konkreetseid juhiseid, kuidas ümardamist ühtlaselt ja kontrollitult läbi viia.