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:
julia> 1 2im
1 2im
您可以使用复数执行所有标准算术运算:
代码语言:javascript复制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:
代码语言:javascript复制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:
代码语言:javascript复制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(也称为自变量或arg函数)。还为复数定义了其他基本功能的全部数域:
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
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:
代码语言:javascript复制julia> a = 1; b = 2; a b*im
1 2im
但是,不建议这样做。改用complex()
函数直接从其实部和虚部构造一个复杂值:
julia> a = 1; b = 2; complex(a, b)
1 2im
这种结构避免了乘法和加法运算。
Inf
并NaN
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:
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:
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:
代码语言:javascript复制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()
和denominator()
函数提取有理值的标准分子和分母:
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:
代码语言:javascript复制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:
代码语言:javascript复制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a
和b
与案件的例外a == 0
和b == 0
:
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:
代码语言:javascript复制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:
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:
代码语言:javascript复制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
代码语言:javascript复制https://github.com/hyper0x/JuliaBasics
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