класс Matrix
Класс Matrix представляет собой математическую матрицу. Он предоставляет методы для создания матриц, выполнения арифметических и алгебраических операций над ними, а также определения их математических свойств (след, ранг, обратная матрица, определитель).
Метод Каталог
Для создания матрицы:
-
Matrix
-
::rows(строки, копировать = true)
-
::build(количество_строк, #количество_столбцов, &блок)
-
::scalar(n, значение)
-
Matrix.I(n)
-
::empty(количество_строк, #количество_столбцов)
Для доступа к элементам/столбцам/строкам/подматрицам/свойствам Matrix:
-
[](i, j)
-
количество_строк (размер_строки)
-
количество_столбцов (размер_столбца)
-
first_minor(строка, столбец)
-
cofactor(строка, столбец)
-
laplace_expansion(строка_или_столбец: число)
-
cofactor_expansion(строка_или_столбец: число)
Свойства матрицы:
Арифметика Matrix:
Функции Matrix:
Разложения Matrix:
Комплексное число арифметика:
-
conj
-
conjugate
-
imag
-
imaginary
-
real
-
rect
-
прямоугольная
Преобразование в другие типы данных:
Представления строк:
frozen_string_literal: false
frozen_string_literal: false
Константы
- SELECTORS
Атрибуты
Возвращает количество столбцов.
Возвращает количество столбцов.
создание экземпляров
Методы открытого класса
# File lib/matrix.rb, line 152 def Matrix.[](*rows) rows(rows, false) end
Создаёт матрицу, где каждый аргумент — строка.
Matrix[ [25, 93], [-1, 66] ]
=> 25 93
-1 66 # File lib/matrix.rb, line 197
def Matrix.build(row_count, column_count = row_count)
row_count = CoercionHelper.coerce_to_int(row_count)
column_count = CoercionHelper.coerce_to_int(column_count)
raise ArgumentError if row_count < 0 || column_count < 0
return to_enum :build, row_count, column_count unless block_given?
rows = Array.new(row_count) do |i|
Array.new(column_count) do |j|
yield i, j
end
end
new rows, column_count
end Создаёт матрицу размером row_count x column_count. Заполняет значения, вызывая переданный блок, передавая текущую строку и столбец. Возвращает перечислитель, если блок не задан.
m = Matrix.build(2, 4) {|row, col| col - row }
=> Matrix[[0, 1, 2, 3], [-1, 0, 1, 2]]
m = Matrix.build(3) { rand }
=> a 3x3 matrix with random elements # File lib/matrix.rb, line 283 def Matrix.column_vector(column) column = convert_to_array(column) new [column].transpose, 1 end
Создаёт матрицу с одним столбцом, где значения этого столбца заданы в column.
Matrix.column_vector([4,5,6])
=> 4
5
6 # File lib/matrix.rb, line 182 def Matrix.columns(columns) rows(columns, false).transpose end
Создаёт матрицу, используя columns как массив столбцов-векторов.
Matrix.columns([[25, 93], [-1, 66]])
=> 25 -1
93 66 # File lib/matrix.rb, line 217
def Matrix.diagonal(*values)
size = values.size
return Matrix.empty if size == 0
rows = Array.new(size) {|j|
row = Array.new(size, 0)
row[j] = values[j]
row
}
new rows
end Создаёт матрицу, где диагональные элементы состоят из values.
Matrix.diagonal(9, 5, -3)
=> 9 0 0
0 5 0
0 0 -3 # File lib/matrix.rb, line 301 def Matrix.empty(row_count = 0, column_count = 0) raise ArgumentError, "One size must be 0" if column_count != 0 && row_count != 0 raise ArgumentError, "Negative size" if column_count < 0 || row_count < 0 new([[]]*row_count, column_count) end
Создаёт пустую матрицу размером row_count x column_count. По крайней мере одно из row_count или column_count должно быть равно 0.
m = Matrix.empty(2, 0) m == Matrix[ [], [] ] => true n = Matrix.empty(0, 3) n == Matrix.columns([ [], [], [] ]) => true m * n => Matrix[[0, 0, 0], [0, 0, 0]]
# File lib/matrix.rb, line 336
def Matrix.hstack(x, *matrices)
raise TypeError, "Expected a Matrix, got a #{x.class}" unless x.is_a?(Matrix)
result = x.send(:rows).map(&:dup)
total_column_count = x.column_count
matrices.each do |m|
raise TypeError, "Expected a Matrix, got a #{m.class}" unless m.is_a?(Matrix)
if m.row_count != x.row_count
raise ErrDimensionMismatch, "The given matrices must have #{x.row_count} rows, but one has #{m.row_count}"
end
result.each_with_index do |row, i|
row.concat m.send(:rows)[i]
end
total_column_count += m.column_count
end
new result, total_column_count
end Создаёт матрицу, склеивая матрицы по горизонтали
x = Matrix[[1, 2], [3, 4]] y = Matrix[[5, 6], [7, 8]] Matrix.hstack(x, y) # => Matrix[[1, 2, 5, 6], [3, 4, 7, 8]]
# File lib/matrix.rb, line 245 def Matrix.identity(n) scalar(n, 1) end
Создаёт единичную матрицу размером n на n.
Matrix.identity(2)
=> 1 0
0 1 # File lib/matrix.rb, line 356 def initialize(rows, column_count = rows[0].size) # No checking is done at this point. rows must be an Array of Arrays. # column_count must be the size of the first row, if there is one, # otherwise it *must* be specified and can be any integer >= 0 @rows = rows @column_count = column_count end
::new — приватный метод; используйте ::rows, columns, [], и т. д. для создания.
# File lib/matrix.rb, line 270 def Matrix.row_vector(row) row = convert_to_array(row) new [row] end
Создаёт матрицу с одной строкой, где значения этой строки заданы в row.
Matrix.row_vector([4,5,6]) => 4 5 6
# File lib/matrix.rb, line 164
def Matrix.rows(rows, copy = true)
rows = convert_to_array(rows, copy)
rows.map! do |row|
convert_to_array(row, copy)
end
size = (rows[0] || []).size
rows.each do |row|
raise ErrDimensionMismatch, "row size differs (#{row.size} should be #{size})" unless row.size == size
end
new rows, size
end Создаёт матрицу, где rows — массив массивов, каждый из которых — строка матрицы. Если необязательный аргумент copy равен false, используйте заданные массивы в качестве внутренней структуры матрицы без копирования.
Matrix.rows([[25, 93], [-1, 66]])
=> 25 93
-1 66 # File lib/matrix.rb, line 235 def Matrix.scalar(n, value) diagonal(*Array.new(n, value)) end
Создаёт n на n диагональную матрицу, где каждый диагональный элемент равен value.
Matrix.scalar(2, 5)
=> 5 0
0 5 # File lib/matrix.rb, line 315
def Matrix.vstack(x, *matrices)
raise TypeError, "Expected a Matrix, got a #{x.class}" unless x.is_a?(Matrix)
result = x.send(:rows).map(&:dup)
matrices.each do |m|
raise TypeError, "Expected a Matrix, got a #{m.class}" unless m.is_a?(Matrix)
if m.column_count != x.column_count
raise ErrDimensionMismatch, "The given matrices must have #{x.column_count} columns, but one has #{m.column_count}"
end
result.concat(m.send(:rows))
end
new result, x.column_count
end Создаёт матрицу, склеивая матрицы по вертикали
x = Matrix[[1, 2], [3, 4]] y = Matrix[[5, 6], [7, 8]] Matrix.vstack(x, y) # => Matrix[[1, 2], [3, 4], [5, 6], [7, 8]]
# File lib/matrix.rb, line 259
def Matrix.zero(row_count, column_count = row_count)
rows = Array.new(row_count){Array.new(column_count, 0)}
new rows, column_count
end Создаёт нулевую матрицу.
Matrix.zero(2)
=> 0 0
0 0 Общедоступные методы экземпляров
# File lib/matrix.rb, line 953
def *(m) # m is matrix or vector or number
case(m)
when Numeric
rows = @rows.collect {|row|
row.collect {|e| e * m }
}
return new_matrix rows, column_count
when Vector
m = self.class.column_vector(m)
r = self * m
return r.column(0)
when Matrix
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch if column_count != m.row_count
rows = Array.new(row_count) {|i|
Array.new(m.column_count) {|j|
(0 ... column_count).inject(0) do |vij, k|
vij + self[i, k] * m[k, j]
end
}
}
return new_matrix rows, m.column_count
else
return apply_through_coercion(m, __method__)
end
end Умножение матриц.
Matrix[[2,4], [6,8]] * Matrix.identity(2)
=> 2 4
6 8 # File lib/matrix.rb, line 1120
def ** (other)
case other
when Integer
x = self
if other <= 0
x = self.inverse
return self.class.identity(self.column_count) if other == 0
other = -other
end
z = nil
loop do
z = z ? z * x : x if other[0] == 1
return z if (other >>= 1).zero?
x *= x
end
when Numeric
v, d, v_inv = eigensystem
v * self.class.diagonal(*d.each(:diagonal).map{|e| e ** other}) * v_inv
else
Matrix.Raise ErrOperationNotDefined, "**", self.class, other.class
end
end Возведение матрицы в степень. Эквивалентно умножению матрицы на себя N раз. Для нецелых показателей степени будет выполнена диагонализация матрицы.
Matrix[[7,6], [3,9]] ** 2
=> 67 96
48 99 # File lib/matrix.rb, line 986
def +(m)
case m
when Numeric
Matrix.Raise ErrOperationNotDefined, "+", self.class, m.class
when Vector
m = self.class.column_vector(m)
when Matrix
else
return apply_through_coercion(m, __method__)
end
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless row_count == m.row_count && column_count == m.column_count
rows = Array.new(row_count) {|i|
Array.new(column_count) {|j|
self[i, j] + m[i, j]
}
}
new_matrix rows, column_count
end Сложение матриц.
Matrix.scalar(2,5) + Matrix[[1,0], [-4,7]]
=> 6 0
-4 12 # File lib/matrix.rb, line 1143 def +@ self end
# File lib/matrix.rb, line 1013
def -(m)
case m
when Numeric
Matrix.Raise ErrOperationNotDefined, "-", self.class, m.class
when Vector
m = self.class.column_vector(m)
when Matrix
else
return apply_through_coercion(m, __method__)
end
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless row_count == m.row_count && column_count == m.column_count
rows = Array.new(row_count) {|i|
Array.new(column_count) {|j|
self[i, j] - m[i, j]
}
}
new_matrix rows, column_count
end Вычитание матриц.
Matrix[[1,5], [4,2]] - Matrix[[9,3], [-4,1]]
=> -8 2
8 1 # File lib/matrix.rb, line 1147
def -@
collect {|e| -e }
end # File lib/matrix.rb, line 1040
def /(other)
case other
when Numeric
rows = @rows.collect {|row|
row.collect {|e| e / other }
}
return new_matrix rows, column_count
when Matrix
return self * other.inverse
else
return apply_through_coercion(other, __method__)
end
end Деление матриц (умножение на обратную матрицу).
Matrix[[7,6], [3,9]] / Matrix[[2,9], [3,1]]
=> -7 1
-3 -6 # File lib/matrix.rb, line 915
def ==(other)
return false unless Matrix === other &&
column_count == other.column_count # necessary for empty matrices
rows == other.rows
end Возвращает true, если и только если две матрицы содержат равные элементы.
# File lib/matrix.rb, line 372
def [](i, j)
@rows.fetch(i){return nil}[j]
end Возвращает элемент (i, j) матрицы. То есть: строка i, столбец j.
# File lib/matrix.rb, line 701
def adjugate
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square?
Matrix.build(row_count, column_count) do |row, column|
cofactor(column, row)
end
end Возвращает присоединённую матрицу.
Matrix[ [7,6],[3,9] ].adjugate
=> 9 -6
-3 7 # File lib/matrix.rb, line 932 def clone new_matrix @rows.map(&:dup), column_count end
Возвращает копию матрицы, при этом содержимое каждой матрицы не ссылается на идентичные объекты. Для этого нет хороших причин, так как матрицы неизменяемы.
# File lib/matrix.rb, line 1457
def coerce(other)
case other
when Numeric
return Scalar.new(other), self
else
raise TypeError, "#{self.class} can't be coerced into #{other.class}"
end
end Метод coerce обеспечивает поддержку приведения типов в Ruby. Этот механизм приведения типов используется Ruby для обработки операций с числами смешанных типов: он предназначен для поиска совместимого общего типа между двумя операндами оператора. См. также Numeric#coerce.
# File lib/matrix.rb, line 686 def cofactor(row, column) raise RuntimeError, "cofactor of empty matrix is not defined" if empty? Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square? det_of_minor = first_minor(row, column).determinant det_of_minor * (-1) ** (row + column) end
Возвращает алгебраическое дополнение (row, column), которое получается умножением первого минора на (-1)**(row + column).
Matrix.diagonal(9, 5, -3, 4).cofactor(1, 1) => -108
# File lib/matrix.rb, line 440
def collect(&block) # :yield: e
return to_enum(:collect) unless block_given?
rows = @rows.collect{|row| row.collect(&block)}
new_matrix rows, column_count
end Возвращает матрицу, являющуюся результатом итерации данного блока по всем элементам матрицы.
Matrix[ [1,2], [3,4] ].collect { |e| e**2 }
=> 1 4
9 16 # File lib/matrix.rb, line 417
def column(j) # :yield: e
if block_given?
return self if j >= column_count || j < -column_count
row_count.times do |i|
yield @rows[i][j]
end
self
else
return nil if j >= column_count || j < -column_count
col = Array.new(row_count) {|i|
@rows[i][j]
}
Vector.elements(col, false)
end
end Возвращает вектор столбца номер j матрицы в виде вектора (начало с 0, как в массиве). При указании блока, элементы этого вектора перебираются.
# File lib/matrix.rb, line 1478
def column_vectors
Array.new(column_count) {|i|
column(i)
}
end Возвращает массив векторов-столбцов матрицы. См. Вектор.
# File lib/matrix.rb, line 1403 def conjugate collect(&:conjugate) end
Возвращает сопряжённую матрицу.
Matrix[[Complex(1,2), Complex(0,1), 0], [1, 2, 3]]
=> 1+2i i 0
1 2 3
Matrix[[Complex(1,2), Complex(0,1), 0], [1, 2, 3]].conjugate
=> 1-2i -i 0
1 2 3 # File lib/matrix.rb, line 1165
def determinant
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square?
m = @rows
case row_count
# Up to 4x4, give result using Laplacian expansion by minors.
# This will typically be faster, as well as giving good results
# in case of Floats
when 0
+1
when 1
+ m[0][0]
when 2
+ m[0][0] * m[1][1] - m[0][1] * m[1][0]
when 3
m0, m1, m2 = m
+ m0[0] * m1[1] * m2[2] - m0[0] * m1[2] * m2[1] - m0[1] * m1[0] * m2[2] + m0[1] * m1[2] * m2[0] + m0[2] * m1[0] * m2[1] - m0[2] * m1[1] * m2[0]
when 4
m0, m1, m2, m3 = m
+ m0[0] * m1[1] * m2[2] * m3[3] - m0[0] * m1[1] * m2[3] * m3[2] - m0[0] * m1[2] * m2[1] * m3[3] + m0[0] * m1[2] * m2[3] * m3[1] + m0[0] * m1[3] * m2[1] * m3[2] - m0[0] * m1[3] * m2[2] * m3[1] - m0[1] * m1[0] * m2[2] * m3[3] + m0[1] * m1[0] * m2[3] * m3[2] + m0[1] * m1[2] * m2[0] * m3[3] - m0[1] * m1[2] * m2[3] * m3[0] - m0[1] * m1[3] * m2[0] * m3[2] + m0[1] * m1[3] * m2[2] * m3[0] + m0[2] * m1[0] * m2[1] * m3[3] - m0[2] * m1[0] * m2[3] * m3[1] - m0[2] * m1[1] * m2[0] * m3[3] + m0[2] * m1[1] * m2[3] * m3[0] + m0[2] * m1[3] * m2[0] * m3[1] - m0[2] * m1[3] * m2[1] * m3[0] - m0[3] * m1[0] * m2[1] * m3[2] + m0[3] * m1[0] * m2[2] * m3[1] + m0[3] * m1[1] * m2[0] * m3[2] - m0[3] * m1[1] * m2[2] * m3[0] - m0[3] * m1[2] * m2[0] * m3[1] + m0[3] * m1[2] * m2[1] * m3[0]
else
# For bigger matrices, use an efficient and general algorithm.
# Currently, we use the Gauss-Bareiss algorithm
determinant_bareiss
end
end Возвращает определитель матрицы.
Обратите внимание, что использование Float значений может привести к ошибочным результатам из-за их недостаточной точности. Вместо этого следует использовать точные типы, такие как Rational или BigDecimal.
Matrix[[7,6], [3,9]].determinant => 45
# File lib/matrix.rb, line 1247
def determinant_e
warn "#{caller(1)[0]}: warning: Matrix#determinant_e is deprecated; use #determinant"
determinant
end устарело; используйте #determinant
# File lib/matrix.rb, line 747 def diagonal? Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square? each(:off_diagonal).all?(&:zero?) end
Возвращает true, если это диагональная матрица. Возбуждает ошибку, если матрица не квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 463
def each(which = :all) # :yield: e
return to_enum :each, which unless block_given?
last = column_count - 1
case which
when :all
block = Proc.new
@rows.each do |row|
row.each(&block)
end
when :diagonal
@rows.each_with_index do |row, row_index|
yield row.fetch(row_index){return self}
end
when :off_diagonal
@rows.each_with_index do |row, row_index|
column_count.times do |col_index|
yield row[col_index] unless row_index == col_index
end
end
when :lower
@rows.each_with_index do |row, row_index|
0.upto([row_index, last].min) do |col_index|
yield row[col_index]
end
end
when :strict_lower
@rows.each_with_index do |row, row_index|
[row_index, column_count].min.times do |col_index|
yield row[col_index]
end
end
when :strict_upper
@rows.each_with_index do |row, row_index|
(row_index+1).upto(last) do |col_index|
yield row[col_index]
end
end
when :upper
@rows.each_with_index do |row, row_index|
row_index.upto(last) do |col_index|
yield row[col_index]
end
end
else
raise ArgumentError, "expected #{which.inspect} to be one of :all, :diagonal, :off_diagonal, :lower, :strict_lower, :strict_upper or :upper"
end
self
end Возвращает все элементы матрицы, начиная с элементов первой строки, или возвращает перечислитель Enumerator, если блок не задан. Элементы могут быть ограничены, передав аргумент:
-
:all (по умолчанию): возвращает все элементы
-
:diagonal: возвращает только элементы на диагонали
-
:off_diagonal: возвращает все элементы, кроме элементов на диагонали
-
:lower: возвращает только элементы на диагонали или ниже её
-
:strict_lower: возвращает только элементы ниже диагонали
-
:strict_upper: возвращает только элементы выше диагонали
-
:upper: возвращает только элементы на диагонали или выше её
Matrix[ [1,2], [3,4] ].each { |e| puts e }
# => prints the numbers 1 to 4
Matrix[ [1,2], [3,4] ].each(:strict_lower).to_a # => [3]
# File lib/matrix.rb, line 524
def each_with_index(which = :all) # :yield: e, row, column
return to_enum :each_with_index, which unless block_given?
last = column_count - 1
case which
when :all
@rows.each_with_index do |row, row_index|
row.each_with_index do |e, col_index|
yield e, row_index, col_index
end
end
when :diagonal
@rows.each_with_index do |row, row_index|
yield row.fetch(row_index){return self}, row_index, row_index
end
when :off_diagonal
@rows.each_with_index do |row, row_index|
column_count.times do |col_index|
yield row[col_index], row_index, col_index unless row_index == col_index
end
end
when :lower
@rows.each_with_index do |row, row_index|
0.upto([row_index, last].min) do |col_index|
yield row[col_index], row_index, col_index
end
end
when :strict_lower
@rows.each_with_index do |row, row_index|
[row_index, column_count].min.times do |col_index|
yield row[col_index], row_index, col_index
end
end
when :strict_upper
@rows.each_with_index do |row, row_index|
(row_index+1).upto(last) do |col_index|
yield row[col_index], row_index, col_index
end
end
when :upper
@rows.each_with_index do |row, row_index|
row_index.upto(last) do |col_index|
yield row[col_index], row_index, col_index
end
end
else
raise ArgumentError, "expected #{which.inspect} to be one of :all, :diagonal, :off_diagonal, :lower, :strict_lower, :strict_upper or :upper"
end
self
end То же, что и each, но дополнительно возвращает индекс строки и столбца, кроме элемента
Matrix[ [1,2], [3,4] ].each_with_index do |e, row, col|
puts "#{e} at #{row}, #{col}"
end
# => Prints:
# 1 at 0, 0
# 2 at 0, 1
# 3 at 1, 0
# 4 at 1, 1
# File lib/matrix.rb, line 1370 def eigensystem EigenvalueDecomposition.new(self) end
Возвращает собственное разложение матрицы; см. EigenvalueDecomposition.
m = Matrix[[1, 2], [3, 4]] v, d, v_inv = m.eigensystem d.diagonal? # => true v.inv == v_inv # => true (v * d * v_inv).round(5) == m # => true
# File lib/matrix.rb, line 1491
def elements_to_f
warn "#{caller(1)[0]}: warning: Matrix#elements_to_f is deprecated, use map(&:to_f)"
map(&:to_f)
end # File lib/matrix.rb, line 1496
def elements_to_i
warn "#{caller(1)[0]}: warning: Matrix#elements_to_i is deprecated, use map(&:to_i)"
map(&:to_i)
end # File lib/matrix.rb, line 1501
def elements_to_r
warn "#{caller(1)[0]}: warning: Matrix#elements_to_r is deprecated, use map(&:to_r)"
map(&:to_r)
end # File lib/matrix.rb, line 756 def empty? column_count == 0 || row_count == 0 end
Возвращает true, если матрица пуста, т. е. если количество строк или столбцов равно 0.
# File lib/matrix.rb, line 921
def eql?(other)
return false unless Matrix === other &&
column_count == other.column_count # necessary for empty matrices
rows.eql? other.rows
end # File lib/matrix.rb, line 659
def first_minor(row, column)
raise RuntimeError, "first_minor of empty matrix is not defined" if empty?
unless 0 <= row && row < row_count
raise ArgumentError, "invalid row (#{row.inspect} for 0..#{row_count - 1})"
end
unless 0 <= column && column < column_count
raise ArgumentError, "invalid column (#{column.inspect} for 0..#{column_count - 1})"
end
arrays = to_a
arrays.delete_at(row)
arrays.each do |array|
array.delete_at(column)
end
new_matrix arrays, column_count - 1
end Возвращает подматрицу, полученную удалением указанной строки и столбца.
Matrix.diagonal(9, 5, -3, 4).first_minor(1, 2)
=> 9 0 0
0 0 0
0 0 4 # File lib/matrix.rb, line 939 def hash @rows.hash end
Возвращает хэш-код матрицы.
# File lib/matrix.rb, line 764
def hermitian?
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square?
each_with_index(:upper).all? do |e, row, col|
e == rows[col][row].conj
end
end Возвращает true, если матрица является эрмитовой. Вызывает ошибку, если матрица не квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 1261 def hstack(*matrices) self.class.hstack(self, *matrices) end
Возвращает новую матрицу, полученную горизонтальным объединением текущей матрицы с заданными матрицами
x = Matrix[[1, 2], [3, 4]] y = Matrix[[5, 6], [7, 8]] x.hstack(y) # => Matrix[[1, 2, 5, 6], [3, 4, 7, 8]]
# File lib/matrix.rb, line 1417 def imaginary collect(&:imaginary) end
Возвращает мнимую часть матрицы.
Matrix[[Complex(1,2), Complex(0,1), 0], [1, 2, 3]]
=> 1+2i i 0
1 2 3
Matrix[[Complex(1,2), Complex(0,1), 0], [1, 2, 3]].imaginary
=> 2i i 0
0 0 0 # File lib/matrix.rb, line 587
def index(*args)
raise ArgumentError, "wrong number of arguments(#{args.size} for 0-2)" if args.size > 2
which = (args.size == 2 || SELECTORS.include?(args.last)) ? args.pop : :all
return to_enum :find_index, which, *args unless block_given? || args.size == 1
if args.size == 1
value = args.first
each_with_index(which) do |e, row_index, col_index|
return row_index, col_index if e == value
end
else
each_with_index(which) do |e, row_index, col_index|
return row_index, col_index if yield e
end
end
nil
end Метод index специализирован для возвращения индекса в виде [строка, столбец]. Он также принимает необязательный selector аргумент, см. each для подробностей.
Matrix[ [1,2], [3,4] ].index(&:even?) # => [0, 1] Matrix[ [1,1], [1,1] ].index(1, :strict_lower) # => [1, 0]
# File lib/matrix.rb, line 1526
def inspect
if empty?
"#{self.class}.empty(#{row_count}, #{column_count})"
else
"#{self.class}#{@rows.inspect}"
end
end Переопределяет Object#inspect
# File lib/matrix.rb, line 1060 def inverse Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square? self.class.I(row_count).send(:inverse_from, self) end
Возвращает обратную матрицу.
Matrix[[-1, -1], [0, -1]].inverse
=> -1 1
0 -1 # File lib/matrix.rb, line 718
def laplace_expansion(row: nil, column: nil)
num = row || column
if !num || (row && column)
raise ArgumentError, "exactly one the row or column arguments must be specified"
end
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square?
raise RuntimeError, "laplace_expansion of empty matrix is not defined" if empty?
unless 0 <= num && num < row_count
raise ArgumentError, "invalid num (#{num.inspect} for 0..#{row_count - 1})"
end
send(row ? :row : :column, num).map.with_index { |e, k|
e * cofactor(*(row ? [num, k] : [k,num]))
}.inject(:+)
end Возвращает разложение Лапласа по заданной строке или столбцу.
Matrix[[7,6], [3,9]].laplace_expansion(column: 1) => 45 Matrix[[Vector[1, 0], Vector[0, 1]], [2, 3]].laplace_expansion(row: 0) => Vector[3, -2]
# File lib/matrix.rb, line 774 def lower_triangular? each(:strict_upper).all?(&:zero?) end
Возвращает true, если матрица является нижней треугольной.
# File lib/matrix.rb, line 1385 def lup LUPDecomposition.new(self) end
Возвращает LU разложение матрицы; см. LUPDecomposition.
a = Matrix[[1, 2], [3, 4]] l, u, p = a.lup l.lower_triangular? # => true u.upper_triangular? # => true p.permutation? # => true l * u == p * a # => true a.lup.solve([2, 5]) # => Vector[(1/1), (1/2)]
# File lib/matrix.rb, line 618
def minor(*param)
case param.size
when 2
row_range, col_range = param
from_row = row_range.first
from_row += row_count if from_row < 0
to_row = row_range.end
to_row += row_count if to_row < 0
to_row += 1 unless row_range.exclude_end?
size_row = to_row - from_row
from_col = col_range.first
from_col += column_count if from_col < 0
to_col = col_range.end
to_col += column_count if to_col < 0
to_col += 1 unless col_range.exclude_end?
size_col = to_col - from_col
when 4
from_row, size_row, from_col, size_col = param
return nil if size_row < 0 || size_col < 0
from_row += row_count if from_row < 0
from_col += column_count if from_col < 0
else
raise ArgumentError, param.inspect
end
return nil if from_row > row_count || from_col > column_count || from_row < 0 || from_col < 0
rows = @rows[from_row, size_row].collect{|row|
row[from_col, size_col]
}
new_matrix rows, [column_count - from_col, size_col].min
end Возвращает часть матрицы. Параметры могут быть:
-
start_row, nrows, start_col, ncols; ИЛИ
-
row_range, col_range
Matrix.diagonal(9, 5, -3).minor(0..1, 0..2)
=> 9 0 0
0 5 0 Как и Array#[], отрицательные индексы отсчитываются от конца строки или столбца (-1 — последний элемент). Возвращает nil, если начальная строка или столбец больше #row_count или #column_count соответственно.
# File lib/matrix.rb, line 782
def normal?
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square?
rows.each_with_index do |row_i, i|
rows.each_with_index do |row_j, j|
s = 0
rows.each_with_index do |row_k, k|
s += row_i[k] * row_j[k].conj - row_k[i].conj * row_k[j]
end
return false unless s == 0
end
end
true
end Возвращает true , если это нормальная матрица. Вызывает ошибку, если матрица не квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 800
def orthogonal?
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square?
rows.each_with_index do |row, i|
column_count.times do |j|
s = 0
row_count.times do |k|
s += row[k] * rows[k][j]
end
return false unless s == (i == j ? 1 : 0)
end
end
true
end Возвращает true , если это ортогональная матрица. Вызывает ошибку, если матрица не квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 818
def permutation?
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square?
cols = Array.new(column_count)
rows.each_with_index do |row, i|
found = false
row.each_with_index do |e, j|
if e == 1
return false if found || cols[j]
found = cols[j] = true
elsif e != 0
return false
end
end
return false unless found
end
true
end Возвращает true , если это перестановочная матрица. Вызывает ошибку, если матрица не квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 1274
def rank
# We currently use Bareiss' multistep integer-preserving gaussian elimination
# (see comments on determinant)
a = to_a
last_column = column_count - 1
last_row = row_count - 1
pivot_row = 0
previous_pivot = 1
0.upto(last_column) do |k|
switch_row = (pivot_row .. last_row).find {|row|
a[row][k] != 0
}
if switch_row
a[switch_row], a[pivot_row] = a[pivot_row], a[switch_row] unless pivot_row == switch_row
pivot = a[pivot_row][k]
(pivot_row+1).upto(last_row) do |i|
ai = a[i]
(k+1).upto(last_column) do |j|
ai[j] = (pivot * ai[j] - ai[k] * a[pivot_row][j]) / previous_pivot
end
end
pivot_row += 1
previous_pivot = pivot
end
end
pivot_row
end Возвращает ранг матрицы. Обратите внимание, что использование значений Float может привести к ошибочным результатам из-за их недостаточной точности. Вместо этого рассмотрите использование точных типов, таких как Rational или BigDecimal.
Matrix[[7,6], [3,9]].rank => 2
# File lib/matrix.rb, line 1305
def rank_e
warn "#{caller(1)[0]}: warning: Matrix#rank_e is deprecated; use #rank"
rank
end устарело; используйте #rank
# File lib/matrix.rb, line 1431 def real collect(&:real) end
Возвращает действительную часть матрицы.
Matrix[[Complex(1,2), Complex(0,1), 0], [1, 2, 3]]
=> 1+2i i 0
1 2 3
Matrix[[Complex(1,2), Complex(0,1), 0], [1, 2, 3]].real
=> 1 0 0
1 2 3 # File lib/matrix.rb, line 839 def real? all?(&:real?) end
Возвращает true , если все элементы матрицы действительные.
# File lib/matrix.rb, line 1441 def rect [real, imag] end
Возвращает массив, содержащий матрицы, соответствующие действительной и мнимой частям матрицы
m.rect == [m.real, m.imag] # ==> true для всех матриц m
# File lib/matrix.rb, line 846 def regular? not singular? end
Возвращает true , если это правильная (т.е. невырожденная) матрица.
# File lib/matrix.rb, line 1313
def round(ndigits=0)
map{|e| e.round(ndigits)}
end Возвращает матрицу с элементами, округлёнными до заданной точности (см. Float#round)
# File lib/matrix.rb, line 403
def row(i, &block) # :yield: e
if block_given?
@rows.fetch(i){return self}.each(&block)
self
else
Vector.elements(@rows.fetch(i){return nil})
end
end Возвращает строковый вектор с номером i матрицы как Vector (начиная с 0, как в массиве). Если задан блок, элементы этого вектора обрабатываются.
# File lib/matrix.rb, line 388 def row_count @rows.size end
Возвращает количество строк.
# File lib/matrix.rb, line 1469
def row_vectors
Array.new(row_count) {|i|
row(i)
}
end Возвращает массив строчных векторов матрицы. См. Vector.
# File lib/matrix.rb, line 853 def singular? determinant == 0 end
Возвращает true , если это вырожденная матрица.
# File lib/matrix.rb, line 860 def square? column_count == row_count end
Возвращает true , если это квадратная матрица.
# File lib/matrix.rb, line 868
def symmetric?
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square?
each_with_index(:strict_upper) do |e, row, col|
return false if e != rows[col][row]
end
true
end Возвращает true , если это симметричная матрица. Вызывает ошибку, если матрица не квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 1487 def to_a @rows.collect(&:dup) end
Возвращает массив массивов, описывающих строки матрицы.
# File lib/matrix.rb, line 1513
def to_s
if empty?
"#{self.class}.empty(#{row_count}, #{column_count})"
else
"#{self.class}[" + @rows.collect{|row|
"[" + row.collect{|e| e.to_s}.join(", ") + "]"
}.join(", ")+"]"
end
end Переопределяет Object#to_s
# File lib/matrix.rb, line 1322
def trace
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square?
(0...column_count).inject(0) do |tr, i|
tr + @rows[i][i]
end
end Возвращает след (сумму диагональных элементов) матрицы.
Matrix[[7,6], [3,9]].trace => 16
# File lib/matrix.rb, line 1340 def transpose return self.class.empty(column_count, 0) if row_count.zero? new_matrix @rows.transpose, row_count end
Возвращает транспонированную матрицу.
Matrix[[1,2], [3,4], [5,6]]
=> 1 2
3 4
5 6
Matrix[[1,2], [3,4], [5,6]].transpose
=> 1 3 5
2 4 6 # File lib/matrix.rb, line 880
def unitary?
Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square?
rows.each_with_index do |row, i|
column_count.times do |j|
s = 0
row_count.times do |k|
s += row[k].conj * rows[k][j]
end
return false unless s == (i == j ? 1 : 0)
end
end
true
end Возвращает true , если это унитарная матрица. Вызывает ошибку, если матрица не квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 897 def upper_triangular? each(:strict_lower).all?(&:zero?) end
Возвращает true, если это верхняя треугольная матрица.
# File lib/matrix.rb, line 1354 def vstack(*matrices) self.class.vstack(self, *matrices) end
Возвращает новую матрицу, полученную путём вертикального объединения текущей матрицы с заданными матрицами.
x = Matrix[[1, 2], [3, 4]] y = Matrix[[5, 6], [7, 8]] x.vstack(y) # => Matrix[[1, 2], [3, 4], [5, 6], [7, 8]]
# File lib/matrix.rb, line 904 def zero? all?(&:zero?) end
Возвращает true, если это матрица, содержащая только нулевые элементы.
Приватные методы экземпляра
# File lib/matrix.rb, line 378 def []=(i, j, v) @rows[i][j] = v end
# File lib/matrix.rb, line 1216
def determinant_bareiss
size = row_count
last = size - 1
a = to_a
no_pivot = Proc.new{ return 0 }
sign = +1
pivot = 1
size.times do |k|
previous_pivot = pivot
if (pivot = a[k][k]) == 0
switch = (k+1 ... size).find(no_pivot) {|row|
a[row][k] != 0
}
a[switch], a[k] = a[k], a[switch]
pivot = a[k][k]
sign = -sign
end
(k+1).upto(last) do |i|
ai = a[i]
(k+1).upto(last) do |j|
ai[j] = (pivot * ai[j] - ai[k] * a[k][j]) / previous_pivot
end
end
end
sign * pivot
end Приватный. Используйте #determinant
Возвращает определитель матрицы, используя многоступенчатый целочисленный метод Гаусса Барейса. Этот метод имеет ту же вычислительную сложность O(n^3), что и стандартный метод Гаусса. Промежуточные результаты не содержат дробей и имеют меньшую сложность. Матрица целых чисел будет иметь промежуточные результаты, которые также являются целыми числами, с меньшими большими числами (если таковые имеются), в то время как матрица Float обычно будет иметь промежуточные результаты с лучшей точностью.
Ruby Core © 1993–2017 Yukihiro Matsumoto
Licensed under the Ruby License.
Ruby Standard Library © contributors
Licensed under their own licenses.