C++で数値の調和平均を計算するプログラム

自然数の配列が与えられ、その数値群の調和平均を計算して出力することが本記事の課題です。

調和平均とは？

調和平均とは、各要素の逆数を平均し、さらにその逆数を取った値として定義される平均の一種です。速度や比率など、「単位あたりの量」の平均を求めたい場合に特に有効です。

$$Harmonic\: Mean=\frac{n}{\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}+...}$$

ここで、n は与えられた要素の総数、a, b, c, … は配列内の実際の要素を表します。

調和平均を計算する手順は以下の通りです −

• 各要素の逆数を求める

• すべての逆数を合計する

• 配列の要素数を、逆数の合計値で割る

入力 

arr[] = {2.0, 3.4, 5.3, 2.1}

出力 

Harmonic mean is: 2.74163

入力 

arr[] = {13.5, 14.5, 14.8, 15.2, 16.1}

出力 

Harmonic mean is : 14.7707

アルゴリズム

Start
Step 1→ 数値の調和平均を計算する関数を宣言する
   float harmonic_mean(float arr[], int size)
      float sum = 0 を宣言する
      ループ For int i = 0 and i < size and i++
         sum = sum + (float)1 / arr[i] を設定する
      End
   return (float)size/sum
Step 2→ main() 内で
   float arr[] = {2.0, 3.4, 5.3, 2.1} を宣言する
   int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]) を宣言する
   harmonic_mean(arr, size) を呼び出す
Stop

サンプルコード

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
//calculate harmonic mean
float harmonic_mean(float arr[], int size){
   float sum = 0;
   for (int i = 0; i < size; i++)
      sum = sum + (float)1 / arr[i];
   return (float)size/sum;
}
int main(){
   float arr[] = {2.0, 3.4, 5.3, 2.1};
   int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
   cout<<"Harmonic mean is : "<<harmonic_mean(arr, size);
   return 0;
}

実行結果

上記のコードを実行すると、以下のような出力が得られます −

Harmonic mean is : 2.74163

コードのポイント

このプログラムでは、逆数を計算する際に (float)1 / arr[i] とキャストすることで、整数同士の除算による切り捨て誤差を防いでいます。また、sizeof(arr) / sizeof(arr[0]) を使うことで、配列の要素数を自動的に取得でき、配列のサイズが変わってもコードを修正する必要がありません。なお、実際の開発では配列の代わりに std::vector<double> を使用すると、より柔軟で安全な実装が可能です。