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NaN - A propriedade global NaN é um valor especial que significa Not-A-Number (não é um número).

O curioso é que não é possível realizar operações de comparação com essa propriedade quase mística. Apresentando uma característica não-reflexiva aonde NaN === NaN é false.

Fiz logo abaixo um código JavaScript executável apenas para testar o conceito, mas poderia ser qualquer linguagem de programação.

var spans = document.querySelectorAll('span');
for(var i  in spans){
 var span = spans[i];
 if(span && typeof span.getAttribute == 'function'){
  var exp = span.getAttribute("data-evaluate");
  console.log(exp, eval(exp));
  span.innerHTML = "Expr: "+ exp + " ------------ :> " + eval(exp);
 }
}
<span data-evaluate="true"></span><br> <!-- eval control -->
<span data-evaluate="isNaN(NaN)"></span><br><!-- NaN control -->
<span data-evaluate="NaN === NaN"></span><br>
<span data-evaluate="parseInt('A') === NaN"></span><br>
<span data-evaluate="parseInt('1') === NaN"></span><br>
<span data-evaluate="parseInt('B') === parseInt('B')"></span>

Se em seu código costumas realizar cálculos aritméticos é possível que chegue à um momento que o NaN apareça naturalmente, seja numa conversão de tipo (string para int, por exemplo) ou a soma com undefined's.

Qual é o conceito, a matemática por trás dessa anomalia e o que torna os NaN tão confusos que fazem com que NaN === NaN retorne um valor falso embora humanamente falando deveria retornar true?

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3 Respostas 3

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O NaN, +inf e -inf são tentativas de modelar situações de excepção, erro, indeterminações e overflows ligados à aritmética. As representações em vírgula flutuante (ex double do C) têm convenções para representar estes pseudo números.

Há várias situações que retornam (descambam) NaN, +inf ou -inf.

Comecemos por um caso mais intuitivo -- inf:

5 / 0    = +inf
-5/ 0    = -inf
n + n ...= +inf  se tiver havido overflow
log(0)   = -inf

Os casos de NaN resultam frequentemente operações com inf ou a "indeterminação" 0/0:

0 / 0     = NaN
5/0+ -5/0 = +inf -inf = NaN
+inf * 0  = NaN
inf / inf = NaN
+inf -inf = NaN
sqrt(-1)  = NaN

NaN + ... = NaN
NaN / ... = NaN
NaN * ... = NaN

5 * +inf  = +inf
-2 * +inf = -inf
5  / inf  = 0

Os vários NaN não são iguais entre si -- daí NaN == NaN ser falso. As comparação envolvendo NaN e inf são em geral indefinidas:

+inf > +inf      ???
NaN  > NaN       ???
0/0  > sqrt(-1)  ???

Sugiro a leitura do manual data.represent, onde este assunto é expandido.

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NaN são gerados quando operações aritméticas tem como valores: undefined ou unrepresentable. Como valores, não fazem necessariamente condições de overflow. NaN também resulta da tentativa de conversão e valores não numéricos para valores numéricos para que o valor numérico primitivo seja disponível.

Essa conversão de valores geram valores binários arbritários impedindo operações aritméticas, o óbvio seria que NaN === NaN resultasse num valor boleano positivo, já que estamos olhando para apenas para o "NaN" como se fosse uma constante, e na verdade ele não é. Por exemplo "A" * "A" e parseInt("blabla") resultam em NaN porém são completamente diferentes em seu valor numérico primitivo.

Nos cálculos de ponto flutuante (IEEE 754), NaN não é o mesmo que o Infinity, embora ambos sejam tipicamente tratados como casos especiais em representações de ponto flutuante de números reais, bem como em operações de ponto flutuante. Uma operação inválida também não é o mesmo que overflow aritmética (que pode retornar um infinito) ou um underflow aritmético (que retornaria o número normal mais pequeno, um número normal ou zero).

Uma comparação com um NaN sempre retorna um resultado não ordenado, mesmo quando comparado consigo mesmo. Os predicados de comparação são sinalização ou não-sinalização; As versões de sinalização indicam a exceção de operação inválida para tais comparações. Os predicados de igualdade e desigualdade não são sinalizadores, de modo que x == x return false pode ser usado para testar se x é um NaN silencioso. Os outros predicados de comparação padrão estão todos sinalizando se eles recebem um operando NaN, o padrão também fornece versões sem sinalização desses outros predicados.

Resumindo o NaN não representa o conjunto de todos os números reais. E valores reais infinitos produzirão o mesmo resultado de ponto flutuante finito ou infinito independente das substituições. Impedindo que operações aritiméticas sejam executadas sobre este tipo de dado.

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    valores binários confusos impedindo operações aritiméticas Isso não faz sentido. Todo valor binário é um valor numérico discreto. Não há como ser confuso nem como ser impossível ou impraticável a aplicação de aritmética. 14/07/2017 às 12:38
  • Alterei o termo confuso para arbritários , dessa forma faz mais sentido neste contexto. Já que tem relação com a arbritariedade na precisão aritimética de tais conversões que geram NaN. 14/07/2017 às 14:41
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A resposta curta é "Porque definiram assim".

Para elaborar melhor e dar um pouco mais de embasamento, segue abaixo uma adaptação desta resposta do SOen, cujo autor diz ter sido membro do comitê IEEE-754 - que por sua vez, é responsável pelo padrão IEEE 754, que define todo o funcionamento dos números de ponto flutuante (do qual o NaN faz parte).

Além da tradução/adaptação, também juntei o texto com outras fontes (tanto do SOen quanto de outros lugares) e alguns adendos meus, a fim de dar um panorama mais geral sobre o motivo de NaN não ser igual a ele mesmo.


Adaptação da resposta do SOen para a pergunta "Qual a justificativa para todas as comparações com NaN retornarem false?"

Primeiramente, os números de ponto flutuante não são números reais, e a aritmética de ponto flutuante não satisfaz os axiomas da aritmética real. A Lei da Tricotomia (que diz que todo número real ou é negativo, ou positivo, ou zero) não é a única propriedade da aritmética real que não se aplica aos números de ponto flutuante, e nem é a mais importante. Existem outros casos, como por exemplo:

  • A soma não é associativa.
  • A lei distributiva não se aplica.
  • Há números de ponto flutuante que não possuem inversos.

Esta lista poderia continuar por horas... Enfim, não é possível especificar um tipo aritmético de tamanho fixo que satisfaça todas as propriedades da aritmética real que conhecemos. O comitê IEEE 754 tinha que decidir entre seguir todas as regras ou quebrar algumas delas. A decisão foi guiada pelos seguintes princípios:

  1. Quando possível, ter o mesmo comportamento da aritmética real.
  2. Quando não for possível, tentar fazer com que as violações sejam previsíveis e fáceis de diagnosticar (ou o mais próximo possível disso).

Por exemplo, o predicado (y < x) está perguntando se y é menor que x. Se y for NaN, então ele não é menor que nenhum outro valor de ponto flutuante, por isso a resposta é necessariamente false, para qualquer valor de x.

Eu disse que a Lei da Tricotomia não se aplica à valores de ponto flutuante. No entanto, há outra propriedade similar que se aplica. A cláusula 5.11, parágrafo 2 do padrão 754-2008 diz o seguinte:

Quatro relações mutuamente exclusivas são possíveis: "menor que", "igual", "maior que" e "não-ordenado". A última se aplica quando pelo menos um dos operandos é NaN. Todo NaN deve ser considerado não-ordenado com relação a qualquer coisa, inclusive ele mesmo.

Por mais que o tratamento de NaN possa exigir código extra, geralmente é possível (embora nem sempre seja fácil) estruturar o código de forma a tratar NaN's corretamente. Quando não for possível, poderá ser necessário um código adicional, mas é um preço pequeno a se pagar pela conveniência que o fechamento algébrico trouxe para a aritmética de ponto flutuante.


Muitos podem argumentar que teria sido mais útil manter a Lei da Tricotomia e a propriedade reflexiva da igualdade (que diz que "qualquer coisa é igual a ela mesma"), pois definir que NaN é diferente dele mesmo não parece preservar nenhum axioma com o qual estamos familiarizados. É compreensível que muitos simpatizem com esta ideia, mas acho que vale a pena dar um pouco mais de contexto.

Meu entendimento ao conversar com o Professor Willian Kahan (autor deste artigo e considerado o "Pai do Ponto Flutuante") é que a definição de NaN != NaN tem origem em duas considerações pragmáticas:

  • x == y deveria ser equivalente a x - y == 0, na medida do possível. Além de ser um teorema da aritmética real, isso faz com que a implementação da comparação (no nível do hardware) seja mais eficiente em termos de consumo de espaço, o que era de extrema importância na época em que o padrão foi criado. Vale notar, porém, que esta regra é violada quando x e y são iguais a infinito, então este item não é um grande motivo por si só; embora pudesse ter sido alterado por exemplo para (x - y == 0) or (x and y are both NaN)).
  • O mais importante é que não havia um predicado como isnan() na época em que o NaN foi formalizado na aritmética do processador 8087. Ele foi necessário para prover aos programadores um meio conveniente e eficiente de detectar NaN e que não dependesse das linguagens de programação implementarem uma operação como isNaN() (o que poderia levar anos lembre-se, era outra época). Sobre isso, Kahan escreveu no artigo já citado:

Se não tivesse um jeito de se livrar do NaN, eles seriam tão inúteis quanto os Indefinites (conceito similar dos computadores CRAY). Assim que um NaN é encontrado, seria melhor que o processamento fosse interrompido em vez de continuar por um tempo indeterminado até chegar a uma conclusão indefinida. É por isso que algumas operações com NaN devem retornar resultados que não são NaN. Quais operações?

É inevitável que as pessoas discordem sobre quais seriam essas operações, mas isso não lhes dá o direito de resolver estas questões fazendo escolhas arbitrárias. Toda função real (não lógica) que produza o mesmo resultado em ponto flutuante para todos os valores numéricos finitos e infinitos passados como argumento deveria produzir o mesmo resultado se o valor for um NaN.

As exceções são os predicados x == x e x != x. Estes são respectivamente 1 e 0 para todo valor infinito ou número finito x, mas o inverso se x for NaN. Estas são as únicas diferenças excepcionais entre NaN e números, nas linguagens que não possuem uma constante similar a NaN ou um predicado como isNaN(x).

Talvez este pragmatismo tenha sido equivocado, e o padrão poderia ter obrigado a criar algo como o predicado/operação isnan(). Mas isso teria tornado quase impossível o uso do NaN de forma eficiente e conveniente, pois o mundo ainda teria que esperar vários anos até que as linguagens de programação o adotassem. Não acredito que teria sido uma escolha razoável.

Sendo bem direto: o resultado de NaN == NaN não vai mudar. É melhor aprender a conviver com isso em vez de reclamar na internet (nota: a pergunta original tem um tom que pode ser entendido como "reclamação").

A partir daqui não é mais a tradução da resposta do SOen, e sim minha conclusão ao lê-la.


Meu entendimento

Pelo que entendi, um conjunto de decisões foram tomadas levando-se em conta o contexto da época (hardware/software, princípios matemáticos e de design, etc). O NaN poderia ter sido implementado de várias maneiras, como por exemplo um erro/exceção que parasse a execução do programa. Optou-se por um valor "especial" com um comportamento "fora da curva", de forma a permitir que o programa continue executando (e bastaria verificar se o resultado foi NaN, para então tomar as ações apropriadas, como por exempo interromper o algoritmo).

No fim, acabaram decidindo que NaN == NaN deve ser falso, pelos motivos já explicados acima. De certa forma foi uma escolha "arbitrária", mas pelo menos houve um raciocínio por trás e todo um embasamento técnico (e claro que também poderiam ter definido que NaN == NaN é verdadeiro, mas o fato é que não fizeram e agora temos que conviver com isso).

Para mim, esta é a única resposta correta para "Por que é assim?". NaN não é igual a ele mesmo porque decidiram que é assim. Qualquer outra "resposta" na verdade está falando sobre os motivos que - no meu entender - potencialmente levaram à decisão:

  • "NaN não é um número, por isso não faz sentido ele ser igual a ele mesmo."
  • "NaN equivale a um valor indeterminado (não tem um valor de fato), por isso não tem como ser igual a nada."
  • "Nan é um caso especial."
  • etc...

Estas frases, a meu ver, explicam mais o raciocínio que pode ter levado à decisão do que o motivo real dela ter sido tomada. O motivo real é: considerando tudo que já foi dito acima (o contexto da época, os princípios de manter-se fiel à aritmética real até certo ponto, etc), acabaram decidindo que NaN ser diferente dele mesmo era a "melhor" opção.

<speculation>Se tivessem decidido que NaN é igual a ele mesmo, talvez hoje estivéssemos discutindo se não deveria ser diferente, usando os mesmos argumentos acima :-)</speculation>

Outras respostas e links que pesquisei sempre seguem esta linha de explicar que NaN é um "valor especial", "diferente" e por isso tem esse comportamento distinto dos números "normais". No fim, ele não é considerado um número de fato (por isso é chamado de "Not a Number"), e sim um tipo de placeholder que representa um valor ou estado indefinido. Esta resposta, por exemplo, defende que o nome não é bom porque confunde, e que deveria se chamar "Exceção Numérica" ou algo do tipo. Isso deixaria mais claro seu comportamento distinto e talvez causasse menos estranhamento ao ser usado (ou não, agora não temos mais como saber).

O NaN seria, de certa forma, o equivalente ao conceito matemático de Undefined (Indefinido), quando uma expressão não tem um valor associado. Tanto que muitas operações matemáticas que são consideradas indefinidas produzem NaN nas linguagens de programação que usam o IEEE 754, como dividir zero por zero ou subtrair um infinito do outro, que geralmente resultam em NaN (além dos outros casos já citados em uma das respostas).

Esta é, aliás, a linha de raciocínio usada por muitos para explicar o seu comportamento tão peculiar (se não tem valor definido, não tem como ser comparado com nada, nem com ele mesmo - mas novamente, isso explica um dos motivos que pode ter pesado para a decisão final, mas não é "a resposta" em si).

Enfim, no fundo a resposta é "Porque definiram assim" (com embasamento, claro, mas ainda sim uma decisão "arbitrária").

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