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, таких как след, ранг, обратная матрица, определитель или собственные значения.
Константы
- SELECTORS
- VERSION
Атрибуты
Возвращает количество столбцов.
Возвращает количество столбцов.
создание экземпляров
Открытые методы класса
# File lib/matrix.rb, line 78 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 123
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 размера row_count x column_count. Она 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 209 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 108 def Matrix.columns(columns) rows(columns, false).transpose end
Создаёт матрицу, используя columns в качестве массива векторов-столбцов.
Matrix.columns([[25, 93], [-1, 66]]) # => 25 -1 # 93 66
# File lib/matrix.rb, line 288
def Matrix.combine(*matrices)
return to_enum(__method__, *matrices) unless block_given?
return Matrix.empty if matrices.empty?
matrices.map!(&CoercionHelper.method(:coerce_to_matrix))
x = matrices.first
matrices.each do |m|
raise ErrDimensionMismatch unless x.row_count == m.row_count && x.column_count == m.column_count
end
rows = Array.new(x.row_count) do |i|
Array.new(x.column_count) do |j|
yield matrices.map{|m| m[i,j]}
end
end
new rows, x.column_count
end Создаёт матрицу путём объединения матриц по элементам, используя заданный блок.
x = Matrix[[6, 6], [4, 4]]
y = Matrix[[1, 2], [3, 4]]
Matrix.combine(x, y) {|a, b| a - b} # => Matrix[[5, 4], [1, 0]]
# File lib/matrix.rb, line 143
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 227 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 размера row_count x column_count. По крайней мере, один из row_count или column_count должен быть равен 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 262
def Matrix.hstack(x, *matrices)
x = CoercionHelper.coerce_to_matrix(x)
result = x.send(:rows).map(&:dup)
total_column_count = x.column_count
matrices.each do |m|
m = CoercionHelper.coerce_to_matrix(m)
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 путём горизонтального объединения матриц.
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 171 def Matrix.identity(n) scalar(n, 1) end
Создаёт n на n единичную матрицу.
Matrix.identity(2) # => 1 0 # 0 1
# File lib/matrix.rb, line 322 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
Matrix.new — закрытый метод; используйте ::rows, ::columns, ::[] и т.д. для создания.
# File lib/matrix.rb, line 196 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 90
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 является строкой матрицы. Если необязательный аргумент copy равен false, используйте заданные массивы как внутреннюю структуру матрицы без копирования.
Matrix.rows([[25, 93], [-1, 66]]) # => 25 93 # -1 66
# File lib/matrix.rb, line 161 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 241
def Matrix.vstack(x, *matrices)
x = CoercionHelper.coerce_to_matrix(x)
result = x.send(:rows).map(&:dup)
matrices.each do |m|
m = CoercionHelper.coerce_to_matrix(m)
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 путём вертикального объединения матриц.
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 185
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
Публичные методы экземпляров
# File lib/matrix.rb, line 1058
def *(m) # m is matrix or vector or number
case(m)
when Numeric
new_rows = @rows.collect {|row|
row.collect {|e| e * m }
}
return new_matrix new_rows, column_count
when Vector
m = self.class.column_vector(m)
r = self * m
return r.column(0)
when Matrix
raise ErrDimensionMismatch if column_count != m.row_count
m_rows = m.rows
new_rows = rows.map do |row_i|
Array.new(m.column_count) do |j|
vij = 0
column_count.times do |k|
vij += row_i[k] * m_rows[k][j]
end
vij
end
end
return new_matrix new_rows, m.column_count
else
return apply_through_coercion(m, __method__)
end
end Умножение на Matrix.
Matrix[[2,4], [6,8]] * Matrix.identity(2) # => 2 4 # 6 8
# File lib/matrix.rb, line 1237
def **(exp)
case exp
when Integer
case
when exp == 0
_make_sure_it_is_invertible = inverse
self.class.identity(column_count)
when exp < 0
inverse.power_int(-exp)
else
power_int(exp)
end
when Numeric
v, d, v_inv = eigensystem
v * self.class.diagonal(*d.each(:diagonal).map{|e| e ** exp}) * v_inv
else
raise ErrOperationNotDefined, ["**", self.class, exp.class]
end
end Возведение в степень Matrix. Эквивалентно умножению матрицы на себя N раз. Нецелые степени будут обрабатываться с помощью диагонализации матрицы.
Matrix[[7,6], [3,9]] ** 2 # => 67 96 # 48 99
# File lib/matrix.rb, line 1093
def +(m)
case m
when Numeric
raise ErrOperationNotDefined, ["+", self.class, m.class]
when Vector
m = self.class.column_vector(m)
when Matrix
else
return apply_through_coercion(m, __method__)
end
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 с Matrix.
Matrix.scalar(2,5) + Matrix[[1,0], [-4,7]] # => 6 0 # -4 12
# File lib/matrix.rb, line 1283 def +@ self end
# File lib/matrix.rb, line 1120
def -(m)
case m
when Numeric
raise ErrOperationNotDefined, ["-", self.class, m.class]
when Vector
m = self.class.column_vector(m)
when Matrix
else
return apply_through_coercion(m, __method__)
end
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 Matrix.
Matrix[[1,5], [4,2]] - Matrix[[9,3], [-4,1]] # => -8 2 # 8 1
# File lib/matrix.rb, line 1292
def -@
collect {|e| -e }
end Унарное отрицание матрицы.
-Matrix[[1,5], [4,2]] # => -1 -5 # -4 -2
# File lib/matrix.rb, line 1147
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 (умножение на обратную). Matrix.
Matrix[[7,6], [3,9]] / Matrix[[2,9], [3,1]] # => -7 1 # -3 -6
# File lib/matrix.rb, line 1021
def ==(other)
return false unless Matrix === other &&
column_count == other.column_count # necessary for empty matrices
rows == other.rows
end Возвращает true тогда и только тогда, когда две матрицы содержат равные элементы.
# File lib/matrix.rb, line 337
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 351
def []=(i, j, v)
raise FrozenError, "can't modify frozen Matrix" if frozen?
rows = check_range(i, :row) or row = check_int(i, :row)
columns = check_range(j, :column) or column = check_int(j, :column)
if rows && columns
set_row_and_col_range(rows, columns, v)
elsif rows
set_row_range(rows, column, v)
elsif columns
set_col_range(row, columns, v)
else
set_value(row, column, v)
end
end Устанавливает Set элемент или элементы матрицы.
# File lib/matrix.rb, line 1299 def abs collect(&:abs) end
Возвращает абсолютное значение поэлементно.
# File lib/matrix.rb, line 1566 def adjoint conjugate.transpose end
Возвращает присоединённую матрицу.
Matrix[ [i,1],[2,-i] ].adjoint # => -i 2 # 1 i
# File lib/matrix.rb, line 793
def adjugate
raise ErrDimensionMismatch unless square?
Matrix.build(row_count, column_count) do |row, column|
cofactor(column, row)
end
end Возвращает сопряжённую матрицу.
Matrix[ [7,6],[3,9] ].adjugate # => 9 -6 # -3 7
# File lib/matrix.rb, line 973
def antisymmetric?
raise ErrDimensionMismatch unless square?
each_with_index(:upper) do |e, row, col|
return false unless e == -rows[col][row]
end
true
end Возвращает true если это антисимметричная матрица. Вызывает ошибку, если матрица не квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 1619
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 поддерживает приведение типов в Ruby. Этот механизм приведения типов 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 778 def cofactor(row, column) raise RuntimeError, "cofactor of empty matrix is not defined" if empty? raise ErrDimensionMismatch unless square? det_of_minor = first_minor(row, column).determinant det_of_minor * (-1) ** (row + column) end
Возвращает (строка, столбец) алгебраическое дополнение, которое получается путём умножения первого минора на (-1)**(строка + столбец).
Matrix.diagonal(9, 5, -3, 4).cofactor(1, 1) # => -108
# File lib/matrix.rb, line 315 def combine(*matrices, &block) Matrix.combine(self, *matrices, &block) end
Создаёт новую матрицу путём поэлементного объединения с other_matrices, используя заданный блок.
x = Matrix[[6, 6], [4, 4]]
y = Matrix[[1, 2], [3, 4]]
x.combine(y) {|a, b| a - b} # => Matrix[[5, 4], [1, 0]]
# File lib/matrix.rb, line 1554 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 1317
def determinant
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 значений типа Float может привести к неверным результатам из-за отсутствия точности. Рассмотрите использование точных типов, таких как Rational или BigDecimal.
Matrix[[7,6], [3,9]].determinant # => 45
# File lib/matrix.rb, line 1398 def determinant_e warn "Matrix#determinant_e is deprecated; use #determinant", uplevel: 1 determinant end
устарело; используйте Matrix#determinant
# File lib/matrix.rb, line 839 def diagonal? raise ErrDimensionMismatch unless square? each(:off_diagonal).all?(&:zero?) end
Возвращает true если это диагональная матрица. Вызывает ошибку, если матрица не квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 556
def each(which = :all, &block) # :yield: e
return to_enum :each, which unless block_given?
last = column_count - 1
case which
when :all
@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 Вызывает блок для каждого элемента матрицы, начиная с первого ряда, или возвращает объект Enumerator, если блок не указан. Элементы можно ограничить, передав аргумент:
-
:all (по умолчанию): вызывает блок для всех элементов
-
:diagonal: вызывает блок только для элементов на диагонали
-
:off_diagonal: вызывает блок для всех элементов, кроме диагонали
-
:lower: вызывает блок только для элементов на или ниже диагонали
-
:strict_lower: вызывает блок только для элементов ниже диагонали
-
:strict_upper: вызывает блок только для элементов выше диагонали
-
:upper: вызывает блок только для элементов на или выше диагонали
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 616
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 Аналогично each, но помимо элемента передаются также индекс строки и столбца
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 1521 def eigensystem EigenvalueDecomposition.new(self) end
Возвращает собственные значения и векторы 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 1663 def elements_to_f warn "Matrix#elements_to_f is deprecated, use map(&:to_f)", uplevel: 1 map(&:to_f) end
Устарело.
Используйте map(&:to_f)
# File lib/matrix.rb, line 1671 def elements_to_i warn "Matrix#elements_to_i is deprecated, use map(&:to_i)", uplevel: 1 map(&:to_i) end
Устарело.
Используйте map(&:to_i)
# File lib/matrix.rb, line 1679 def elements_to_r warn "Matrix#elements_to_r is deprecated, use map(&:to_r)", uplevel: 1 map(&:to_r) end
Устарело.
Используйте map(&:to_r)
# File lib/matrix.rb, line 848 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 1027
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 751
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 путём удаления 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 534 def freeze @rows.each(&:freeze).freeze super end
Object#freeze # File lib/matrix.rb, line 1167
def hadamard_product(m)
combine(m){|a, b| a * b}
end Произведение Адамара
Matrix[[1,2], [3,4]].hadamard_product(Matrix[[1,2], [3,2]]) # => 1 4 # 9 8
# File lib/matrix.rb, line 1044 def hash @rows.hash end
Возвращает хэш-код для матрицы.
# File lib/matrix.rb, line 856
def hermitian?
raise ErrDimensionMismatch unless square?
each_with_index(:upper).all? do |e, row, col|
e == rows[col][row].conj
end
end Возвращает true если это эрмитова матрица. Вызывает ошибку, если матрица не квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 1412 def hstack(*matrices) self.class.hstack(self, *matrices) end
Возвращает новую матрицу, полученную путём горизонтального объединения текущей матрицы с переданными 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 1579 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 679
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 [row, column]. 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 1704
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 1178 def inverse 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 810
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
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 866 def lower_triangular? each(:strict_upper).all?(&:zero?) end
Возвращает true если это нижняя треугольная матрица.
# File lib/matrix.rb, line 1536 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 710
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:
-
начальная_строка, кол-во_строк, начальный_столбец, кол-во_столбцов; ИЛИ
-
диапазон_строк, диапазон_столбцов
Matrix.diagonal(9, 5, -3).minor(0..1, 0..2) # => 9 0 0 # 0 5 0
Как в Array#[], отрицательные индексы отсчитываются от конца строки или столбца (-1 - это последний элемент). Возвращает nil, если начальная строка или столбец больше, чем row_count или column_count соответственно.
# File lib/matrix.rb, line 874
def normal?
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 892
def orthogonal?
raise ErrDimensionMismatch unless square?
rows.each_with_index do |row_i, i|
rows.each_with_index do |row_j, j|
s = 0
row_count.times do |k|
s += row_i[k] * row_j[k]
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 911
def permutation?
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 1425
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. Имейте в виду, что использование Float значений может привести к неточным результатам из-за их недостаточной точности. Рассмотрите использование точных типов, таких как Rational или BigDecimal вместо этого.
Matrix[[7,6], [3,9]].rank # => 2
# File lib/matrix.rb, line 1456 def rank_e warn "Matrix#rank_e is deprecated; use #rank", uplevel: 1 rank end
устарело; используйте Matrix#rank
# File lib/matrix.rb, line 1593 def real collect(&:real) end
Возвращает вещественную 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 932 def real? all?(&:real?) end
Возвращает true если все элементы матрицы вещественные.
# File lib/matrix.rb, line 1603 def rect [real, imag] end
Возвращает массив, содержащий матрицы, соответствующие действительной и мнимой частям матрицы
m.rect == [m.real, m.imag] # ==> true for all matrices m
# File lib/matrix.rb, line 939 def regular? not singular? end
Возвращает true если это регулярная (т.е. невырожденная) матрица.
# File lib/matrix.rb, line 1464
def round(ndigits=0)
map{|e| e.round(ndigits)}
end Возвращает матрицу с элементами, округленными до заданной точности (см. Float#round)
# File lib/matrix.rb, line 463
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 в виде Vector (начиная с 0, как в массиве). При передаче блока, элементы этого вектора перебираются.
# File lib/matrix.rb, line 448 def row_count @rows.size end
Возвращает количество строк.
# File lib/matrix.rb, line 1631
def row_vectors
Array.new(row_count) {|i|
row(i)
}
end Возвращает массив строковых векторов матрицы. См. Vector.
# File lib/matrix.rb, line 946 def singular? determinant == 0 end
Возвращает true если матрица вырожденная.
# File lib/matrix.rb, line 953 def square? column_count == row_count end
Возвращает true если матрица квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 961
def symmetric?
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 матрица симметричная. Вызывает ошибку, если матрица не квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 1656 def to_a @rows.collect(&:dup) end
Возвращает массив массивов, описывающих строки матрицы.
# File lib/matrix.rb, line 1649 def to_matrix self end
Явное преобразование в Matrix. Возвращает self
# File lib/matrix.rb, line 1691
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 1473
def trace
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 1491 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 986
def unitary?
raise ErrDimensionMismatch unless square?
rows.each_with_index do |row_i, i|
rows.each_with_index do |row_j, j|
s = 0
row_count.times do |k|
s += row_i[k].conj * row_j[k]
end
return false unless s == (i == j ? 1 : 0)
end
end
true
end Возвращает true если матрица унитарная. Вызывает ошибку, если матрица не квадратная.
# File lib/matrix.rb, line 1003 def upper_triangular? each(:strict_lower).all?(&:zero?) end
Возвращает true если матрица верхнетреугольная.
# File lib/matrix.rb, line 1505 def vstack(*matrices) self.class.vstack(self, *matrices) end
Возвращает новую матрицу, полученную в результате вертикального объединения текущей и переданных матриц.
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 1010 def zero? all?(&:zero?) end
Возвращает true если это матрица, содержащая только нулевые элементы.
Защищённые методы экземпляров
# File lib/matrix.rb, line 1257
def power_int(exp)
# assumes `exp` is an Integer > 0
#
# Previous algorithm:
# build M**2, M**4 = (M**2)**2, M**8, ... and multiplying those you need
# e.g. M**0b1011 = M**11 = M * M**2 * M**8
# ^ ^
# (highlighted the 2 out of 5 multiplications involving `M * x`)
#
# Current algorithm has same number of multiplications but with lower exponents:
# M**11 = M * (M * M**4)**2
# ^ ^ ^
# (highlighted the 3 out of 5 multiplications involving `M * x`)
#
# This should be faster for all (non nil-potent) matrices.
case
when exp == 1
self
when exp.odd?
self * power_int(exp - 1)
else
sqrt = power_int(exp / 2)
sqrt * sqrt
end
end Приватные методы экземпляра
# File lib/matrix.rb, line 376
def check_int(val, direction)
count = direction == :row ? row_count : column_count
CoercionHelper.check_int(val, count, direction)
end # File lib/matrix.rb, line 370
def check_range(val, direction)
return unless val.is_a?(Range)
count = direction == :row ? row_count : column_count
CoercionHelper.check_range(val, count, direction)
end Возвращает диапазон или nil
# File lib/matrix.rb, line 1368
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 Matrix#determinant
Возвращает определитель матрицы, используя многошаговый метод Гаусса Бэрейса, сохраняющий целые числа. Он имеет тот же порядок вычислительной сложности O(n^3), что и стандартное исключение Гаусса. Промежуточные результаты свободные от 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.
# File lib/matrix.rb, line 1036
def initialize_copy(m)
super
@rows = @rows.map(&:dup) unless frozen?
end Вызывается для дублирования и клонирования.
# File lib/matrix.rb, line 432
def set_col_range(row, col_range, value)
value = if value.is_a?(Vector)
value.to_a
elsif value.is_a?(Matrix)
raise ErrDimensionMismatch unless value.row_count == 1
value.row(0).to_a
else
Array.new(col_range.size, value)
end
raise ErrDimensionMismatch unless col_range.size == value.size
@rows[row][col_range] = value
end # File lib/matrix.rb, line 425
def set_column_vector(row_range, col, value)
value.each_with_index do |e, index|
r = row_range.begin + index
@rows[r][col] = e
end
end # File lib/matrix.rb, line 387
def set_row_and_col_range(row_range, col_range, value)
if value.is_a?(Matrix)
if row_range.size != value.row_count || col_range.size != value.column_count
raise ErrDimensionMismatch, [
'Expected a Matrix of dimensions',
"#{row_range.size}x#{col_range.size}",
'got',
"#{value.row_count}x#{value.column_count}",
].join(' ')
end
source = value.instance_variable_get :@rows
row_range.each_with_index do |row, i|
@rows[row][col_range] = source[i]
end
elsif value.is_a?(Vector)
raise ErrDimensionMismatch, 'Expected a Matrix or a value, got a Vector'
else
value_to_set = Array.new(col_range.size, value)
row_range.each do |i|
@rows[i][col_range] = value_to_set
end
end
end # File lib/matrix.rb, line 411
def set_row_range(row_range, col, value)
if value.is_a?(Vector)
raise ErrDimensionMismatch unless row_range.size == value.size
set_column_vector(row_range, col, value)
elsif value.is_a?(Matrix)
raise ErrDimensionMismatch unless value.column_count == 1
value = value.column(0)
raise ErrDimensionMismatch unless row_range.size == value.size
set_column_vector(row_range, col, value)
else
@rows[row_range].each{|e| e[col] = value }
end
end # File lib/matrix.rb, line 381
def set_value(row, col, value)
raise ErrDimensionMismatch, "Expected a a value, got a #{value.class}" if value.respond_to?(:to_matrix)
@rows[row][col] = value
end
Ruby Core © 1993–2020 Yukihiro Matsumoto
Licensed under the Ruby License.
Ruby Standard Library © contributors
Licensed under their own licenses.