Julia(复数和有理数)

2021-04-14 14:24:49 浏览数 (3)

复数和有理数

Julia附带了预定义的类型,表示复数和有理数,并支持所有标准数学运算和基本函数。定义了“ 转换”和“提升”,以便对预定义数字类型(原始的或复合的)的任何组合执行的操作均符合预期。

复数

全局常数im绑定到复数i,代表-1的主平方根。i为全局常量选择名称被认为是有害的,因为它是一个如此流行的索引变量名称。由于Julia允许将数字文字与标识符作为系数并置,因此该绑定足以为复数提供方便的语法,类似于传统的数学符号:

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julia> 1   2im
1   2im

您可以使用复数执行所有标准算术运算:

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julia> (1   2im)*(2 - 3im)
8   1im

julia> (1   2im)/(1 - 2im)
-0.6   0.8im

julia> (1   2im)   (1 - 2im)
2   0im

julia> (-3   2im) - (5 - 1im)
-8   3im

julia> (-1   2im)^2
-3 - 4im

julia> (-1   2im)^2.5
2.7296244647840084 - 6.960664459571898im

julia> (-1   2im)^(1   1im)
-0.27910381075826657   0.08708053414102428im

julia> 3(2 - 5im)
6 - 15im

julia> 3(2 - 5im)^2
-63 - 60im

julia> 3(2 - 5im)^-1.0
0.20689655172413796   0.5172413793103449im

提升机制确保不同类型的操作数的组合可以正常工作:

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julia> 2(1 - 1im)
2 - 2im

julia> (2   3im) - 1
1   3im

julia> (1   2im)   0.5
1.5   2.0im

julia> (2   3im) - 0.5im
2.0   2.5im

julia> 0.75(1   2im)
0.75   1.5im

julia> (2   3im) / 2
1.0   1.5im

julia> (1 - 3im) / (2   2im)
-0.5 - 1.0im

julia> 2im^2
-2   0im

julia> 1   3/4im
1.0 - 0.75im

注意3/4im == 3/(4*im) == -(3/4*im),因为文字系数比除法绑定更紧密。

提供了用于处理复杂值的标准函数:

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julia> z = 1   2im
1   2im

julia> real(1   2im) # real part of z
1

julia> imag(1   2im) # imaginary part of z
2

julia> conj(1   2im) # complex conjugate of z
1 - 2im

julia> abs(1   2im) # absolute value of z
2.23606797749979

julia> abs2(1   2im) # squared absolute value
5

julia> angle(1   2im) # phase angle in radians
1.1071487177940904

通常,abs()复数的绝对值()是它到零的距离。abs2()给出绝对值的平方,特别适用于避免求平方根的复数。angle()返回弧度的相角(也称为自变量arg函数)。还为复数定义了其他基本功能的全部数域:

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julia> sqrt(1im)
0.7071067811865476   0.7071067811865475im

julia> sqrt(1   2im)
1.272019649514069   0.7861513777574233im

julia> cos(1   2im)
2.0327230070196656 - 3.0518977991518im

julia> exp(1   2im)
-1.1312043837568135   2.4717266720048188im

julia> sinh(1   2im)
-0.4890562590412937   1.4031192506220405im

请注意,数学函数通常在应用于实数时返回实数值,而在应用于复数时返回复数值。例如,即使sqrt()应用于-1或,行为也不同:-1 0im-1 == -1 0im

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julia> sqrt(-1)
ERROR: DomainError:
sqrt will only return a complex result if called with a complex argument. Try sqrt(complex(x)).
Stacktrace:
 [1] sqrt(::Int64) at ./math.jl:434

julia> sqrt(-1   0im)
0.0   1.0im

从变量构造复数时,文字数字系数符号不起作用。相反,必须明确写出乘法:

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julia> a = 1; b = 2; a   b*im
1   2im

但是,建议这样做。改用complex()函数直接从其实部和虚部构造一个复杂值:

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julia> a = 1; b = 2; complex(a, b)
1   2im

这种结构避免了乘法和加法运算。

InfNaN通过特殊浮点值部分中所述的复数在复数的实部和虚部中传播:

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julia> 1   Inf*im
1.0   Inf*im

julia> 1   NaN*im
1.0   NaN*im

有理数

Julia具有一个有理数类型来表示整数的精确比例。使用//运算符构造有理数:

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julia> 2//3
2//3

如果有理数的分子和分母具有公因子,则将它们简化为最低项,以使分母为非负数:

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julia> 6//9
2//3

julia> -4//8
-1//2

julia> 5//-15
-1//3

julia> -4//-12
1//3

这种整数比率的标准化形式是唯一的,因此可以通过检查分子和分母的相等性来测试有理值的相等性。可以使用numerator()denominator()函数提取有理值的标准分子和分母:

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julia> numerator(2//3)
2

julia> denominator(2//3)
3

通常不需要对分子和分母进行直接比较,因为标准算术和比较运算是针对有理值定义的:

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julia> 2//3 == 6//9
true

julia> 2//3 == 9//27
false

julia> 3//7 < 1//2
true

julia> 3//4 > 2//3
true

julia> 2//4   1//6
2//3

julia> 5//12 - 1//4
1//6

julia> 5//8 * 3//12
5//32

julia> 6//5 / 10//7
21//25

有理数可以很容易地转换为浮点数:

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julia> float(3//4)
0.75

转换,从理性到浮点方面的任何整数值以下的身份ab与案件的例外a == 0b == 0

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julia> a = 1; b = 2;

julia> isequal(float(a//b), a/b)
true

构造无限有理值是可以接受的:

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julia> 5//0
1//0

julia> -3//0
-1//0

julia> typeof(ans)
Rational{Int64}

NaN但是,尝试构造一个合理的值不是:

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julia> 0//0
ERROR: ArgumentError: invalid rational: zero(Int64)//zero(Int64)
Stacktrace:
 [1] Rational{Int64}(::Int64, ::Int64) at ./rational.jl:13
 [2] //(::Int64, ::Int64) at ./rational.jl:40

像往常一样,升级系统使与其他数字类型的交互变得轻松:

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julia> 3//5   1
8//5

julia> 3//5 - 0.5
0.09999999999999998

julia> 2//7 * (1   2im)
2//7   4//7*im

julia> 2//7 * (1.5   2im)
0.42857142857142855   0.5714285714285714im

julia> 3//2 / (1   2im)
3//10 - 3//5*im

julia> 1//2   2im
1//2   2//1*im

julia> 1   2//3im
1//1 - 2//3*im

julia> 0.5 == 1//2
true

julia> 0.33 == 1//3
false

julia> 0.33 < 1//3
true

julia> 1//3 - 0.33
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https://github.com/hyper0x/JuliaBasics
这书是一本翻译书,质量不错

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