exact-calc

exact-calc-mcp

[CI] [MIT License] [Python] [MCP] [Tests]

让 AI 用代码精确计算，而不是靠猜。

给 AI agent 用的精确计算工具。通过 MCP 或命令行调用，结果由两个独立编写的引擎交叉验证后才返回。

_{English: Exact arithmetic for AI agents. LLMs do not compute — they generate plausible-looking tokens. This MCP server outsources arithmetic to two independently written engines (exact Python rational/decimal arithmetic + a separate C++ evaluator) and only returns a result when both agree.}

问题：LLM 不做算术

这不是"模型不够聪明"，是架构决定的。语言模型是自回归生成器，它输出的是在统计上最像答案的 token 序列。它没有算术电路，没有进位链，没有中间寄存器。

所以当你问它 0.1 + 0.2 时，它不是在算，是在回忆"这段对话里通常接什么"。绝大多数时候它答 0.3 —— 因为训练语料里就是这么写的。这个答案恰好是对的，但不是因为它算对了。

而在下面这些地方，它会稳定地错：

注意最后两行的区别：2 ** 100 在 float 里其实是精确的（它是 2 的幂），所以它不该被当作浮点误差的例子 —— 真正的例子是 1e16 + 1，那个 +1 被彻底吃掉了。挑例子也得较真。

结论：不要让模型算。 让它理解意图、编排步骤，把确定性计算外包给程序。这就是这个项目在做的事。

它和别的计算器 MCP 有什么不同

大部分 calculator MCP 就是一层 eval() 包装。这个不是。

最后一条是最容易被忽略、也最关键的，下面单独讲。

安装

pip install -e .

只依赖官方 mcp SDK（锁在 1.x，见下方说明）。C++ 引擎是可选的，找不到编译器会自动跳过，不影响使用。

为什么锁 mcp<2：mcp 2.0 把 FastMCP 改名成了 MCPServer （mcp.server.mcpserver），mcp.server.fastmcp 变成一个会主动抛 ModuleNotFoundError 的占位模块。本项目按 1.x 的 API 写，所以 pyproject.toml 里写的是 mcp>=1.0.0,<2.0.0。迁移到 2.x 见 官方迁移指南。

用法一：接入 MCP 客户端

任何支持 MCP 的客户端都能直接用。下面覆盖了主流的几种。

先记住两条命令，下面所有配置无非是换一种写法：

# 不用安装（uv 会自动拉到临时环境）uvx --from git+https://github.com/flacales/exact-calc-mcp exact-calc --serve
# 或本地装好后pip install -e . && python -m exact_calc_mcp --serve

{  "mcpServers": {    "exact-calc": {      "command": "uvx",      "args": ["--from", "git+https://github.com/flacales/exact-calc-mcp", "exact-calc", "--serve"]    }  }}

claude mcp add exact-calc -- uvx --from git+https://github.com/flacales/exact-calc-mcp exact-calc --serve

{  "mcpServers": {    "exact-calc": {      "command": "uvx",      "args": ["--from", "git+https://github.com/flacales/exact-calc-mcp", "exact-calc", "--serve"]    }  }}

{  "servers": {    "exact-calc": {      "type": "stdio",      "command": "uvx",      "args": ["--from", "git+https://github.com/flacales/exact-calc-mcp", "exact-calc", "--serve"]    }  }}

[mcp_servers.exact-calc]command = "uvx"args = ["--from", "git+https://github.com/flacales/exact-calc-mcp", "exact-calc", "--serve"]

{  "mcpServers": {    "exact-calc": {      "command": "uvx",      "args": ["--from", "git+https://github.com/flacales/exact-calc-mcp", "exact-calc", "--serve"]    }  }}

不想用 uvx 也行：把 command 换成 python、args 换成 ["-m", "exact_calc_mcp", "--serve"]，前提是那个 Python 环境里装了本项目。

提供的工具

calculate 返回的结构：

{  "expression": "0.1 + 0.2",  "value": "3/10",  "domain": "fraction",  "exact": true,  "cross_check": "通过（Fraction 与 Decimal 结果一致）",  "cpp_check": "通过（Python 与 C++ 独立实现结果完全一致：0.3）",  "note": ""}

用法二：命令行

不需要 MCP 客户端也能用 —— 任何能执行 shell 的 agent 都可以调。

# 计算exact-calc "0.1 + 0.2"# 0.1 + 0.2 = 3/10#   数值域    : fraction（无损）#   Python 自检: 通过（Fraction 与 Decimal 结果一致）#   C++ 独立复核: 通过（Python 与 C++ 独立实现结果完全一致：0.3）
# 给程序解析用的 JSONexact-calc --json "1/3 + 1/6"
# 判断两个表达式是否相等（退出码 0 相等 / 1 不等）exact-calc --compare "0.1 + 0.2" "0.3"
# 小数转精确分数exact-calc --fraction 0.1        # 1/10
# 检查引擎状态exact-calc --doctor

支持的语法：+ - * / // % ** 和括号，函数 sqrt abs round min max factorial gcd lcm ln log log10 exp pow，常量 pi、e。运算符优先级与 Python 完全一致（-2 ** 2 是 -4，2 ** 3 ** 2 是 512）。两点和 Python 直觉不同：log(x) 是自然对数（与 math.log 一致），log(x, base) 指定底数，常用对数用 log10；round 是远离零的四舍五入（round(2.5) = 3），不是 Python 内建的银行家舍入。

架构

              ┌──────────────────────────────────────┐   表达式 ──▶ │  ast 解析 + 白名单校验（不用 eval）    │              └───────────────┬──────────────────────┘                              │              ┌───────────────▼──────────────────────┐              │  从**源码文本**重建数字字面量          │              │  "0.1" ──▶ Decimal("0.1")，不经过 float│              └───────────────┬──────────────────────┘                              │        ┌─────────────────────┴─────────────────────┐        │                                           │   ┌────▼─────────────┐                    ┌────────▼──────────┐   │  Python 引擎      │                    │  C++ 引擎          │   │  Fraction / Decimal│                   │  手写递归下降解析器 │   │  任意精度，精确    │                    │  long double       │   └────┬─────────────┘                    └────────┬──────────┘        │                                           │        │  Fraction ◀─对比──▶ Decimal               │        │                                           │        └───────────────┬───────────────────────────┘                        │              ┌─────────▼──────────┐              │  两路一致才返回     │              │  不一致就明确报警   │              └────────────────────┘

四个设计决定

1. 不用 eval()

eval() 会把 __import__('os').system('rm -rf /') 当成正常表达式执行。这里用 ast 解析成语法树后逐节点求值，只放行白名单里的节点类型和函数名。Attribute、Subscript、Lambda、IfExp、Comprehension 全部拒绝。

函数名先于实参校验 —— 否则 open('x','w') 会先因为字符串参数报一个"无法识别的数字"，把真正的拒绝理由盖掉。

2. 数字从源码文本重建（最关键的一条）

ast.parse("0.1")            # Constant(value=0.1) ← 已经是二进制近似了

0.1 在 ast 里已经变成 float(0.1)，而它的真实值是

0.1000000000000000055511151231257827021181583404541015625

精度在拿到它的那一刻就丢了。所以这里用 ast.get_source_segment() 取回源码里的字符串 "0.1"，再交给 Decimal("0.1") —— 这才是精确的十进制 0.1。

去掉这一步，整个项目的精确性主张都是空话。有专门的测试守着这条（test_数字字面量从源码文本还原）。

3. 双数值域，自动降级

• Fraction —— 有理数精确。分数运算、完全平方数的开方走这条。
• Decimal —— 十进制精确。无理数（sqrt(2)、pi、ln）走这条。

先试 Fraction，装不下就自动降级到 Decimal，并在结果里注明为什么。sqrt(144) 仍然是精确的 12，因为它能开尽。

4. 双引擎交叉验证

一个实现错了，你不会知道。 所以这里有两个：

• Python 引擎：Fraction / Decimal，任意精度，精确
• C++ 引擎：手写的递归下降解析器，long double，故意不精确

C++ 那边只回答"量级和有效数字对得上吗"，不参与精度判定。两边对不上就明确报警，而不是返回一个可疑的数字。

C++ 引擎明确不支持的函数（factorial、gcd 等）会返回退出码 2，调用方据此跳过验证，而不是误报不一致。

关于 C++ 源码：它全部是 ASCII 的。中文标识符在 MSVC、clang、gcc 之间行为不一致，一个要发到 GitHub 上的 C++ 文件不该埋这个雷。

局限（诚实说明）

• 不支持复数：sqrt(-1) 会报错。
• 三角/双曲函数未实现：Decimal 没有这些函数，需要它们的话得引入 mpmath。
• % 对负数取模的行为：Python 侧用 operator.mod（结果为负时向负无穷取整），C++ 侧用 fmodl（向零取整）。两者对负操作数的结果不同，这类表达式会被交叉验证判为不一致 —— 这是已知的行为差异，不是 bug。
• C++ 引擎精度有限：long double 约 18~19 位有效十进制。超过这个量级的验证会以"相对误差 1e-18，差异来自精度上限"的形式通过。
• 0x10 这类十六进制字面量：Python 引擎支持，C++ 引擎不支持（strtold 要求十六进制浮点必须带 p 指数），会走"已跳过"。
• round 是远离零舍入：round(2.5) = 3、round(-2.5) = -3。和 Python 内建 round() 的银行家舍入（round(2.5) = 2）不同 —— 这是故意的，三个引擎（Fraction / Decimal / C++ roundl）在这件事上保持一致，比跟随 Python 的内建行为更重要。
• 资源护栏：整数次幂的指数上限 ±10,000,000（结果约 300 万位）；factorial 参数上限 1,000,000；整数转字符串上限 1,000 万位（Python 3.11+ 默认只有 4300 位，本工具已放宽）；指数超过 1e±100000 的结果以科学计数法表示（如 1e+999999999）；工作精度限定在 1~100,000 位。超出护栏的表达式会被明确拒绝，而不是把机器算死。
• pi、e 预存 1020 位有效数字：超过这个位数的常数相关计算以预存值为准（sqrt(2)、ln(2) 这类现场计算的值不受此限，随精度参数走）。
• 它不是符号计算系统：不做化简、解方程、求导。需要这些请上 sympy。

测试

python -m unittest discover -s tests -v

44 个用例，全绿，覆盖四块：

具体地：

• 精确性：浮点误差被消除、大整数不丢精度、优先级与 Python 一致
• 安全性：14 个注入/越权表达式全部被拒
• 交叉验证：两路结果一致；C++ 超范围时正确跳过而非误报
• 协议：serverInfo.version 是项目版本而不是 mcp SDK 的版本； 5 个工具都在且都有描述（描述是给模型读的 prompt，缺了模型就不会调）

为什么值得做这件事

给 AI 加一个计算器，听起来是个小工具。但它背后的原则很大：

模型负责理解与编排，程序负责确定性计算。

把这条原则推到底，就是 agent 工程的核心 —— 凡是"有唯一正确答案"的事，都不该交给一个概率模型去猜。日期计算、单位换算、财务对账、代码执行，全都一样。

这个项目是那条原则最小的一个实例。

贡献

欢迎 issue 和 PR。开始之前请读 CONTRIBUTING.md。

跑测试只要一条命令，不需要额外依赖：

python -m unittest discover -s tests -v

安全

这个工具不执行任意代码 —— 表达式经 ast 白名单逐节点求值，不走 eval()， 属性访问、下标、lambda、推导式一律拒绝。相关测试在 tests/test_engine.py 的「安全性」一节。

如果你发现了绕过白名单、拒绝服务或资源护栏失效的问题， 请按 SECURITY.md 的方式私下报告，不要开公开 issue。

变更记录

见 CHANGELOG.md。

License

MIT —— 见 LICENSE。