класс Vector
Класс Vector представляет собой математический вектор, который полезен сам по себе и также может быть строкой или столбцом матрицы.
Метод Каталог
Для создания вектора:
-
::elements(массив, копировать = true)
-
::basis(размер: n, индекс: k)
Для доступа к элементам:
Для перечисления элементов:
Свойства векторов:
Арифметика векторов:
-
#*(x) «матрица или число»
-
#+(v)
-
#-(v)
-
#/(v)
-
#+@
-
#-@
Вектор функции:
-
inner_product(v), dot(v)
-
cross_product(v), cross(v)
Преобразование в другие типы данных:
Представления строк:
Атрибуты
СОЗДАНИЕ ИНСТАНЦИИ
Публичные методы класса
# File lib/matrix.rb, line 1695 def Vector.[](*array) new convert_to_array(array, false) end
Создаёт вектор из списка элементов.
Vector[7, 4, ...]
# File lib/matrix.rb, line 1712
def Vector.basis(size:, index:)
raise ArgumentError, "invalid size (#{size} for 1..)" if size < 1
raise ArgumentError, "invalid index (#{index} for 0...#{size})" unless 0 <= index && index < size
array = Array.new(size, 0)
array[index] = 1
new convert_to_array(array, false)
end Возвращает стандартный базисный n-вектор, где k - индекс.
Vector.basis(size:, index:) # => Vector[0, 1, 0]
# File lib/matrix.rb, line 1703 def Vector.elements(array, copy = true) new convert_to_array(array, copy) end
Создаёт вектор из массива. Дополнительный второй аргумент указывает, используется ли сам массив или его копия внутри.
# File lib/matrix.rb, line 1823
def Vector.independent?(*vs)
vs.each do |v|
raise TypeError, "expected Vector, got #{v.class}" unless v.is_a?(Vector)
Vector.Raise ErrDimensionMismatch unless v.size == vs.first.size
end
return false if vs.count > vs.first.size
Matrix[*vs].rank.eql?(vs.count)
end Возвращает true тогда и только тогда, когда все векторы линейно независимы.
Vector.independent?(Vector[1,0], Vector[0,1]) => true Vector.independent?(Vector[1,2], Vector[2,4]) => false
# File lib/matrix.rb, line 1734 def initialize(array) # No checking is done at this point. @elements = array end
::new является приватным; используйте Vector[] или ::elements для создания.
# File lib/matrix.rb, line 1725
def Vector.zero(size)
raise ArgumentError, "invalid size (#{size} for 0..)" if size < 0
array = Array.new(size, 0)
new convert_to_array(array, false)
end Возвращает нулевой вектор.
Vector.zero(3) => Vector[0, 0, 0]
Общедоступные методы экземпляра
# File lib/matrix.rb, line 1890
def *(x)
case x
when Numeric
els = @elements.collect{|e| e * x}
self.class.elements(els, false)
when Matrix
Matrix.column_vector(self) * x
when Vector
Vector.Raise ErrOperationNotDefined, "*", self.class, x.class
else
apply_through_coercion(x, __method__)
end
end Умножает вектор на x, где x является числом или матрицей.
# File lib/matrix.rb, line 1907
def +(v)
case v
when Vector
Vector.Raise ErrDimensionMismatch if size != v.size
els = collect2(v) {|v1, v2|
v1 + v2
}
self.class.elements(els, false)
when Matrix
Matrix.column_vector(self) + v
else
apply_through_coercion(v, __method__)
end
end Сложение векторов.
# File lib/matrix.rb, line 1955 def +@ self end
# File lib/matrix.rb, line 1925
def -(v)
case v
when Vector
Vector.Raise ErrDimensionMismatch if size != v.size
els = collect2(v) {|v1, v2|
v1 - v2
}
self.class.elements(els, false)
when Matrix
Matrix.column_vector(self) - v
else
apply_through_coercion(v, __method__)
end
end Вычитание векторов.
# File lib/matrix.rb, line 1959
def -@
collect {|e| -e }
end # File lib/matrix.rb, line 1943
def /(x)
case x
when Numeric
els = @elements.collect{|e| e / x}
self.class.elements(els, false)
when Matrix, Vector
Vector.Raise ErrOperationNotDefined, "/", self.class, x.class
else
apply_through_coercion(x, __method__)
end
end Деление векторов.
# File lib/matrix.rb, line 1859 def ==(other) return false unless Vector === other @elements == other.elements end
Возвращает true тогда и только тогда, когда два вектора имеют одинаковые элементы в том же порядке.
# File lib/matrix.rb, line 1744 def [](i) @elements[i] end
Возвращает элемент под номером i (начиная с нуля) вектора.
# File lib/matrix.rb, line 2064
def angle_with(v)
raise TypeError, "Expected a Vector, got a #{v.class}" unless v.is_a?(Vector)
Vector.Raise ErrDimensionMismatch if size != v.size
prod = magnitude * v.magnitude
raise ZeroVectorError, "Can't get angle of zero vector" if prod == 0
Math.acos( inner_product(v) / prod )
end Возвращает угол с другим вектором. Результат находится в интервале [0…Math::PI].
Vector[1,0].angle_with(Vector[0,1]) # => Math::PI / 2
# File lib/matrix.rb, line 1872 def clone self.class.elements(@elements) end
Возвращает копию вектора.
# File lib/matrix.rb, line 2120
def coerce(other)
case other
when Numeric
return Matrix::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 используется Ruby для обработки операций с числами разных типов: он предназначен для поиска совместимого общего типа между двумя операндами оператора. См. также Numeric#coerce.
# File lib/matrix.rb, line 2019 def collect(&block) # :yield: e return to_enum(:collect) unless block_given? els = @elements.collect(&block) self.class.elements(els, false) end
Аналогично Array#collect.
# File lib/matrix.rb, line 1801
def collect2(v) # :yield: e1, e2
raise TypeError, "Integer is not like Vector" if v.kind_of?(Integer)
Vector.Raise ErrDimensionMismatch if size != v.size
return to_enum(:collect2, v) unless block_given?
Array.new(size) do |i|
yield @elements[i], v[i]
end
end Сборка (как в Enumerable#collect) элементов этого вектора и v совместно.
# File lib/matrix.rb, line 2080 def covector Matrix.row_vector(self) end
Создаёт матрицу из одного ряда на основе этого вектора.
# File lib/matrix.rb, line 1994
def cross_product(*vs)
raise ErrOperationNotDefined, "cross product is not defined on vectors of dimension #{size}" unless size >= 2
raise ArgumentError, "wrong number of arguments (#{vs.size} for #{size - 2})" unless vs.size == size - 2
vs.each do |v|
raise TypeError, "expected Vector, got #{v.class}" unless v.is_a? Vector
Vector.Raise ErrDimensionMismatch unless v.size == size
end
case size
when 2
Vector[-@elements[1], @elements[0]]
when 3
v = vs[0]
Vector[ v[2]*@elements[1] - v[1]*@elements[2],
v[0]*@elements[2] - v[2]*@elements[0],
v[1]*@elements[0] - v[0]*@elements[1] ]
else
rows = self, *vs, Array.new(size) {|i| Vector.basis(size: size, index: i) }
Matrix.rows(rows).laplace_expansion(row: size - 1)
end
end Возвращает векторное произведение этого вектора с другими.
Vector[1, 0, 0].cross_product Vector[0, 1, 0] => Vector[0, 0, 1]
Обобщается на другие измерения для возврата вектора, перпендикулярного аргументам.
Vector[1, 2].cross_product # => Vector[-2, 1] Vector[1, 0, 0, 0].cross_product( Vector[0, 1, 0, 0], Vector[0, 0, 1, 0] ) #=> Vector[0, 0, 0, 1]
# File lib/matrix.rb, line 1778 def each(&block) return to_enum(:each) unless block_given? @elements.each(&block) self end
Итерация по элементам этого вектора.
# File lib/matrix.rb, line 1787
def each2(v) # :yield: e1, e2
raise TypeError, "Integer is not like Vector" if v.kind_of?(Integer)
Vector.Raise ErrDimensionMismatch if size != v.size
return to_enum(:each2, v) unless block_given?
size.times do |i|
yield @elements[i], v[i]
end
self
end Итерация по элементам этого вектора и v совместно.
# File lib/matrix.rb, line 2098 def elements_to_f warn "Vector#elements_to_f is deprecated", uplevel: 1 map(&:to_f) end
# File lib/matrix.rb, line 2103 def elements_to_i warn "Vector#elements_to_i is deprecated", uplevel: 1 map(&:to_i) end
# File lib/matrix.rb, line 2108 def elements_to_r warn "Vector#elements_to_r is deprecated", uplevel: 1 map(&:to_r) end
# File lib/matrix.rb, line 1864 def eql?(other) return false unless Vector === other @elements.eql? other.elements end
# File lib/matrix.rb, line 1879 def hash @elements.hash end
Возвращает хэш-код вектора.
# File lib/matrix.rb, line 1841 def independent?(*vs) self.class.independent?(self, *vs) end
Возвращает true тогда и только тогда, когда все векторы линейно независимы.
Vector[1,0].independent?(Vector[0,1]) => true Vector[1,2].independent?(Vector[2,4]) => false
# File lib/matrix.rb, line 1971
def inner_product(v)
Vector.Raise ErrDimensionMismatch if size != v.size
p = 0
each2(v) {|v1, v2|
p += v1 * v2.conj
}
p
end Возвращает скалярное произведение этого вектора с другим.
Vector[4,7].inner_product Vector[10,1] => 47
# File lib/matrix.rb, line 2143 def inspect "Vector" + @elements.inspect end
Переопределяет Object#inspect
# File lib/matrix.rb, line 2030
def magnitude
Math.sqrt(@elements.inject(0) {|v, e| v + e.abs2})
end Возвращает модуль (расстояние по Пифагору) вектора.
Vector[5,8,2].r => 9.643650761
# File lib/matrix.rb, line 2053 def normalize n = magnitude raise ZeroVectorError, "Zero vectors can not be normalized" if n == 0 self / n end
Возвращает новый вектор с тем же направлением, но с нормой 1.
v = Vector[5,8,2].normalize # => Vector[0.5184758473652127, 0.8295613557843402, 0.20739033894608505] v.norm => 1.0
# File lib/matrix.rb, line 1760
def round(ndigits=0)
map{|e| e.round(ndigits)}
end Возвращает вектор с элементами, округленными до заданной точности (см. Float#round)
# File lib/matrix.rb, line 1767 def size @elements.size end
Возвращает количество элементов в векторе.
# File lib/matrix.rb, line 2087 def to_a @elements.dup end
Возвращает элементы вектора в массиве.
# File lib/matrix.rb, line 2094 def to_matrix Matrix.column_vector(self) end
Возвращает матрицу из одного столбца из этого вектора
# File lib/matrix.rb, line 2136
def to_s
"Vector[" + @elements.join(", ") + "]"
end Переопределяет Object#to_s
# File lib/matrix.rb, line 1848 def zero? all?(&:zero?) end
Возвращает true , если все элементы равны нулю.
Приватные методы экземпляра
# File lib/matrix.rb, line 1750 def []=(i, v) @elements[i]= v end
Ruby Core © 1993–2017 Yukihiro Matsumoto
Licensed under the Ruby License.
Ruby Standard Library © contributors
Licensed under their own licenses.