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球的简单2D物理模型

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Lv1.梦旅人 (禁止发言)

梦石
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第1届Title华丽大赛新人奖

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发表于 2009-9-20 10:31:42 | 只看该作者 回帖奖励 |正序浏览 |阅读模式
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Lv3.寻梦者

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发表于 2009-10-4 22:45:32 | 只看该作者
额……仔细看了一下,发现还真是强大,惊异代码竟然比想象中的还要少……

See FScript Here:https://github.com/DeathKing/fscript
潜心编写URG3中。
所有对URG3的疑问和勘误或者建议,请移步至发布页面。
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发表于 2009-9-26 14:45:40 | 只看该作者
不好意思的连贴:额,把文件放上来吧,免得大家复制麻烦:
matrix.rar (6.43 KB, 下载次数: 23)

rb文件可以用notepad打开

See FScript Here:https://github.com/DeathKing/fscript
潜心编写URG3中。
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发表于 2009-9-26 14:44:03 | 只看该作者
to 熊猫:既然是物理模型,就和数学扯不上太大关系吧。

to zh:
刚好安有Ruby,公布源码:

  1. #!/usr/local/bin/ruby
  2. #--
  3. #   matrix.rb -
  4. #       $Release Version: 1.0$
  5. #       $Revision: 1.11 $
  6. #       $Date: 1999/10/06 11:01:53 $
  7. #       Original Version from Smalltalk-80 version
  8. #          on July 23, 1985 at 8:37:17 am
  9. #       by Keiju ISHITSUKA
  10. #++
  11. #
  12. # = matrix.rb
  13. #
  14. # An implementation of Matrix and Vector classes.
  15. #
  16. # Author:: Keiju ISHITSUKA
  17. # Documentation:: Gavin Sinclair (sourced from <i>Ruby in a Nutshell</i> (Matsumoto, O'Reilly))
  18. #
  19. # See classes Matrix and Vector for documentation.
  20. #

  21. require "e2mmap.rb"
  22. module ExceptionForMatrix # :nodoc:
  23.   extend Exception2MessageMapper
  24.   def_e2message(TypeError, "wrong argument type %s (expected %s)")
  25.   def_e2message(ArgumentError, "Wrong # of arguments(%d for %d)")
  26.   
  27.   def_exception("ErrDimensionMismatch", "\#{self.name} dimension mismatch")
  28.   def_exception("ErrNotRegular", "Not Regular Matrix")
  29.   def_exception("ErrOperationNotDefined", "This operation(%s) can\\'t defined")
  30. end
  31. #
  32. # The +Matrix+ class represents a mathematical matrix, and provides methods for creating
  33. # special-case matrices (zero, identity, diagonal, singular, vector), operating on them
  34. # arithmetically and algebraically, and determining their mathematical properties (trace, rank,
  35. # inverse, determinant).
  36. #
  37. # Note that although matrices should theoretically be rectangular, this is not
  38. # enforced by the class.
  39. #
  40. # Also note that the determinant of integer matrices may be incorrectly calculated unless you
  41. # also <tt>require 'mathn'</tt>.  This may be fixed in the future.
  42. #
  43. # == Method Catalogue
  44. #
  45. # To create a matrix:
  46. # * <tt> Matrix[*rows]                  </tt>
  47. # * <tt> Matrix.[](*rows)               </tt>
  48. # * <tt> Matrix.rows(rows, copy = true) </tt>
  49. # * <tt> Matrix.columns(columns)        </tt>
  50. # * <tt> Matrix.diagonal(*values)       </tt>
  51. # * <tt> Matrix.scalar(n, value)        </tt>
  52. # * <tt> Matrix.scalar(n, value)        </tt>
  53. # * <tt> Matrix.identity(n)             </tt>
  54. # * <tt> Matrix.unit(n)                 </tt>
  55. # * <tt> Matrix.I(n)                    </tt>
  56. # * <tt> Matrix.zero(n)                 </tt>
  57. # * <tt> Matrix.row_vector(row)         </tt>
  58. # * <tt> Matrix.column_vector(column)   </tt>
  59. #
  60. # To access Matrix elements/columns/rows/submatrices/properties:
  61. # * <tt>  [](i, j)                      </tt>
  62. # * <tt> #row_size                      </tt>
  63. # * <tt> #column_size                   </tt>
  64. # * <tt> #row(i)                        </tt>
  65. # * <tt> #column(j)                     </tt>
  66. # * <tt> #collect                       </tt>
  67. # * <tt> #map                           </tt>
  68. # * <tt> #minor(*param)                 </tt>
  69. #
  70. # Properties of a matrix:
  71. # * <tt> #regular?                      </tt>
  72. # * <tt> #singular?                     </tt>
  73. # * <tt> #square?                       </tt>
  74. #
  75. # Matrix arithmetic:
  76. # * <tt>  *(m)                          </tt>
  77. # * <tt>  +(m)                          </tt>
  78. # * <tt>  -(m)                          </tt>
  79. # * <tt> #/(m)                          </tt>
  80. # * <tt> #inverse                       </tt>
  81. # * <tt> #inv                           </tt>
  82. # * <tt>  **                            </tt>
  83. #
  84. # Matrix functions:
  85. # * <tt> #determinant                   </tt>
  86. # * <tt> #det                           </tt>
  87. # * <tt> #rank                          </tt>
  88. # * <tt> #trace                         </tt>
  89. # * <tt> #tr                            </tt>
  90. # * <tt> #transpose                     </tt>
  91. # * <tt> #t                             </tt>
  92. #
  93. # Conversion to other data types:
  94. # * <tt> #coerce(other)                 </tt>
  95. # * <tt> #row_vectors                   </tt>
  96. # * <tt> #column_vectors                </tt>
  97. # * <tt> #to_a                          </tt>
  98. #
  99. # String representations:
  100. # * <tt> #to_s                          </tt>
  101. # * <tt> #inspect                       </tt>
  102. #
  103. class Matrix
  104.   @RCS_ID='-$Id: matrix.rb,v 1.11 1999/10/06 11:01:53 keiju Exp keiju $-'
  105.   
  106. #  extend Exception2MessageMapper
  107.   include ExceptionForMatrix
  108.   
  109.   # instance creations
  110.   private_class_method :new
  111.   
  112.   #
  113.   # Creates a matrix where each argument is a row.
  114.   #   Matrix[ [25, 93], [-1, 66] ]
  115.   #      =>  25 93
  116.   #          -1 66
  117.   #
  118.   def Matrix.[](*rows)
  119.     new(:init_rows, rows, false)
  120.   end
  121.   
  122.   #
  123.   # Creates a matrix where +rows+ is an array of arrays, each of which is a row
  124.   # to the matrix.  If the optional argument +copy+ is false, use the given
  125.   # arrays as the internal structure of the matrix without copying.
  126.   #   Matrix.rows([[25, 93], [-1, 66]])
  127.   #      =>  25 93
  128.   #          -1 66
  129.   def Matrix.rows(rows, copy = true)
  130.     new(:init_rows, rows, copy)
  131.   end
  132.   
  133.   #
  134.   # Creates a matrix using +columns+ as an array of column vectors.
  135.   #   Matrix.columns([[25, 93], [-1, 66]])
  136.   #      =>  25 -1
  137.   #          93 66
  138.   #
  139.   #
  140.   def Matrix.columns(columns)
  141.     rows = (0 .. columns[0].size - 1).collect {
  142.       |i|
  143.       (0 .. columns.size - 1).collect {
  144.         |j|
  145.         columns[j][i]
  146.       }
  147.     }
  148.     Matrix.rows(rows, false)
  149.   end
  150.   
  151.   #
  152.   # Creates a matrix where the diagonal elements are composed of +values+.
  153.   #   Matrix.diagonal(9, 5, -3)
  154.   #     =>  9  0  0
  155.   #         0  5  0
  156.   #         0  0 -3
  157.   #
  158.   def Matrix.diagonal(*values)
  159.     size = values.size
  160.     rows = (0 .. size  - 1).collect {
  161.       |j|
  162.       row = Array.new(size).fill(0, 0, size)
  163.       row[j] = values[j]
  164.       row
  165.     }
  166.     rows(rows, false)
  167.   end
  168.   
  169.   #
  170.   # Creates an +n+ by +n+ diagonal matrix where each diagonal element is
  171.   # +value+.
  172.   #   Matrix.scalar(2, 5)
  173.   #     => 5 0
  174.   #        0 5
  175.   #
  176.   def Matrix.scalar(n, value)
  177.     Matrix.diagonal(*Array.new(n).fill(value, 0, n))
  178.   end
  179.   #
  180.   # Creates an +n+ by +n+ identity matrix.
  181.   #   Matrix.identity(2)
  182.   #     => 1 0
  183.   #        0 1
  184.   #
  185.   def Matrix.identity(n)
  186.     Matrix.scalar(n, 1)
  187.   end
  188.   class << Matrix
  189.     alias unit identity
  190.     alias I identity
  191.   end
  192.   
  193.   #
  194.   # Creates an +n+ by +n+ zero matrix.
  195.   #   Matrix.zero(2)
  196.   #     => 0 0
  197.   #        0 0
  198.   #
  199.   def Matrix.zero(n)
  200.     Matrix.scalar(n, 0)
  201.   end
  202.   
  203.   #
  204.   # Creates a single-row matrix where the values of that row are as given in
  205.   # +row+.
  206.   #   Matrix.row_vector([4,5,6])
  207.   #     => 4 5 6
  208.   #
  209.   def Matrix.row_vector(row)
  210.     case row
  211.     when Vector
  212.       Matrix.rows([row.to_a], false)
  213.     when Array
  214.       Matrix.rows([row.dup], false)
  215.     else
  216.       Matrix.rows([[row]], false)
  217.     end
  218.   end
  219.   
  220.   #
  221.   # Creates a single-column matrix where the values of that column are as given
  222.   # in +column+.
  223.   #   Matrix.column_vector([4,5,6])
  224.   #     => 4
  225.   #        5
  226.   #        6
  227.   #
  228.   def Matrix.column_vector(column)
  229.     case column
  230.     when Vector
  231.       Matrix.columns([column.to_a])
  232.     when Array
  233.       Matrix.columns([column])
  234.     else
  235.       Matrix.columns([[column]])
  236.     end
  237.   end
  238.   #
  239.   # This method is used by the other methods that create matrices, and is of no
  240.   # use to general users.
  241.   #
  242.   def initialize(init_method, *argv)
  243.     self.send(init_method, *argv)
  244.   end
  245.   
  246.   def init_rows(rows, copy)
  247.     if copy
  248.       @rows = rows.collect{|row| row.dup}
  249.     else
  250.       @rows = rows
  251.     end
  252.     self
  253.   end
  254.   private :init_rows
  255.   
  256.   #
  257.   # Returns element (+i+,+j+) of the matrix.  That is: row +i+, column +j+.
  258.   #
  259.   def [](i, j)
  260.     @rows[i][j]
  261.   end
  262.   #
  263.   # Returns the number of rows.
  264.   #
  265.   def row_size
  266.     @rows.size
  267.   end
  268.   
  269.   #
  270.   # Returns the number of columns.  Note that it is possible to construct a
  271.   # matrix with uneven columns (e.g. Matrix[ [1,2,3], [4,5] ]), but this is
  272.   # mathematically unsound.  This method uses the first row to determine the
  273.   # result.
  274.   #
  275.   def column_size
  276.     @rows[0].size
  277.   end
  278.   #
  279.   # Returns row vector number +i+ of the matrix as a Vector (starting at 0 like
  280.   # an array).  When a block is given, the elements of that vector are iterated.
  281.   #
  282.   def row(i) # :yield: e
  283.     if block_given?
  284.       for e in @rows[i]
  285.         yield e
  286.       end
  287.     else
  288.       Vector.elements(@rows[i])
  289.     end
  290.   end
  291.   #
  292.   # Returns column vector number +j+ of the matrix as a Vector (starting at 0
  293.   # like an array).  When a block is given, the elements of that vector are
  294.   # iterated.
  295.   #
  296.   def column(j) # :yield: e
  297.     if block_given?
  298.       0.upto(row_size - 1) do
  299.         |i|
  300.         yield @rows[i][j]
  301.       end
  302.     else
  303.       col = (0 .. row_size - 1).collect {
  304.         |i|
  305.         @rows[i][j]
  306.       }
  307.       Vector.elements(col, false)
  308.     end
  309.   end
  310.   
  311.   #
  312.   # Returns a matrix that is the result of iteration of the given block over all
  313.   # elements of the matrix.
  314.   #   Matrix[ [1,2], [3,4] ].collect { |i| i**2 }
  315.   #     => 1  4
  316.   #        9 16
  317.   #
  318.   def collect # :yield: e
  319.     rows = @rows.collect{|row| row.collect{|e| yield e}}
  320.     Matrix.rows(rows, false)
  321.   end
  322.   alias map collect
  323.   
  324.   #
  325.   # Returns a section of the matrix.  The parameters are either:
  326.   # *  start_row, nrows, start_col, ncols; OR
  327.   # *  col_range, row_range
  328.   #
  329.   #   Matrix.diagonal(9, 5, -3).minor(0..1, 0..2)
  330.   #     => 9 0 0
  331.   #        0 5 0
  332.   #
  333.   def minor(*param)
  334.     case param.size
  335.     when 2
  336.       from_row = param[0].first
  337.       size_row = param[0].end - from_row
  338.       size_row += 1 unless param[0].exclude_end?
  339.       from_col = param[1].first
  340.       size_col = param[1].end - from_col
  341.       size_col += 1 unless param[1].exclude_end?
  342.     when 4
  343.       from_row = param[0]
  344.       size_row = param[1]
  345.       from_col = param[2]
  346.       size_col = param[3]
  347.     else
  348.       Matrix.Raise ArgumentError, param.inspect
  349.     end
  350.    
  351.     rows = @rows[from_row, size_row].collect{
  352.       |row|
  353.       row[from_col, size_col]
  354.     }
  355.     Matrix.rows(rows, false)
  356.   end

  357.   #--
  358.   # TESTING -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-
  359.   #++
  360.   #
  361.   # Returns +true+ if this is a regular matrix.
  362.   #
  363.   def regular?
  364.     square? and rank == column_size
  365.   end
  366.   
  367.   #
  368.   # Returns +true+ is this is a singular (i.e. non-regular) matrix.
  369.   #
  370.   def singular?
  371.     not regular?
  372.   end
  373.   #
  374.   # Returns +true+ is this is a square matrix.  See note in column_size about this
  375.   # being unreliable, though.
  376.   #
  377.   def square?
  378.     column_size == row_size
  379.   end
  380.   
  381.   #--
  382.   # OBJECT METHODS -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-
  383.   #++
  384.   #
  385.   # Returns +true+ if and only if the two matrices contain equal elements.
  386.   #
  387.   def ==(other)
  388.     return false unless Matrix === other
  389.    
  390.     other.compare_by_row_vectors(@rows)
  391.   end
  392.   alias eql? ==
  393.   
  394.   #
  395.   # Not really intended for general consumption.
  396.   #
  397.   def compare_by_row_vectors(rows)
  398.     return false unless @rows.size == rows.size
  399.    
  400.     0.upto(@rows.size - 1) do
  401.       |i|
  402.       return false unless @rows[i] == rows[i]
  403.     end
  404.     true
  405.   end
  406.   
  407.   #
  408.   # Returns a clone of the matrix, so that the contents of each do not reference
  409.   # identical objects.
  410.   #
  411.   def clone
  412.     Matrix.rows(@rows)
  413.   end
  414.   
  415.   #
  416.   # Returns a hash-code for the matrix.
  417.   #
  418.   def hash
  419.     value = 0
  420.     for row in @rows
  421.       for e in row
  422.         value ^= e.hash
  423.       end
  424.     end
  425.     return value
  426.   end
  427.   
  428.   #--
  429.   # ARITHMETIC -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-
  430.   #++
  431.   
  432.   #
  433.   # Matrix multiplication.
  434.   #   Matrix[[2,4], [6,8]] * Matrix.identity(2)
  435.   #     => 2 4
  436.   #        6 8
  437.   #
  438.   def *(m) # m is matrix or vector or number
  439.     case(m)
  440.     when Numeric
  441.       rows = @rows.collect {
  442.         |row|
  443.         row.collect {
  444.           |e|
  445.           e * m
  446.         }
  447.       }
  448.       return Matrix.rows(rows, false)
  449.     when Vector
  450.       m = Matrix.column_vector(m)
  451.       r = self * m
  452.       return r.column(0)
  453.     when Matrix
  454.       Matrix.Raise ErrDimensionMismatch if column_size != m.row_size
  455.    
  456.       rows = (0 .. row_size - 1).collect {
  457.         |i|
  458.         (0 .. m.column_size - 1).collect {
  459.           |j|
  460.           vij = 0
  461.           0.upto(column_size - 1) do
  462.             |k|
  463.             vij += self[i, k] * m[k, j]
  464.           end
  465.           vij
  466.         }
  467.       }
  468.       return Matrix.rows(rows, false)
  469.     else
  470.       x, y = m.coerce(self)
  471.       return x * y
  472.     end
  473.   end
  474.   
  475.   #
  476.   # Matrix addition.
  477.   #   Matrix.scalar(2,5) + Matrix[[1,0], [-4,7]]
  478.   #     =>  6  0
  479.   #        -4 12
  480.   #
  481.   def +(m)
  482.     case m
  483.     when Numeric
  484.       Matrix.Raise ErrOperationNotDefined, "+"
  485.     when Vector
  486.       m = Matrix.column_vector(m)
  487.     when Matrix
  488.     else
  489.       x, y = m.coerce(self)
  490.       return x + y
  491.     end
  492.    
  493.     Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless row_size == m.row_size and column_size == m.column_size
  494.    
  495.     rows = (0 .. row_size - 1).collect {
  496.       |i|
  497.       (0 .. column_size - 1).collect {
  498.         |j|
  499.         self[i, j] + m[i, j]
  500.       }
  501.     }
  502.     Matrix.rows(rows, false)
  503.   end
  504.   #
  505.   # Matrix subtraction.
  506.   #   Matrix[[1,5], [4,2]] - Matrix[[9,3], [-4,1]]
  507.   #     => -8  2
  508.   #         8  1
  509.   #
  510.   def -(m)
  511.     case m
  512.     when Numeric
  513.       Matrix.Raise ErrOperationNotDefined, "-"
  514.     when Vector
  515.       m = Matrix.column_vector(m)
  516.     when Matrix
  517.     else
  518.       x, y = m.coerce(self)
  519.       return x - y
  520.     end
  521.    
  522.     Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless row_size == m.row_size and column_size == m.column_size
  523.    
  524.     rows = (0 .. row_size - 1).collect {
  525.       |i|
  526.       (0 .. column_size - 1).collect {
  527.         |j|
  528.         self[i, j] - m[i, j]
  529.       }
  530.     }
  531.     Matrix.rows(rows, false)
  532.   end
  533.   
  534.   #
  535.   # Matrix division (multiplication by the inverse).
  536.   #   Matrix[[7,6], [3,9]] / Matrix[[2,9], [3,1]]
  537.   #     => -7  1
  538.   #        -3 -6
  539.   #
  540.   def /(other)
  541.     case other
  542.     when Numeric
  543.       rows = @rows.collect {
  544.         |row|
  545.         row.collect {
  546.           |e|
  547.           e / other
  548.         }
  549.       }
  550.       return Matrix.rows(rows, false)
  551.     when Matrix
  552.       return self * other.inverse
  553.     else
  554.       x, y = other.coerce(self)
  555.       rerurn x / y
  556.     end
  557.   end
  558.   #
  559.   # Returns the inverse of the matrix.
  560.   #   Matrix[[1, 2], [2, 1]].inverse
  561.   #     => -1  1
  562.   #         0 -1
  563.   #
  564.   def inverse
  565.     Matrix.Raise ErrDimensionMismatch unless square?
  566.     Matrix.I(row_size).inverse_from(self)
  567.   end
  568.   alias inv inverse
  569.   #
  570.   # Not for public consumption?
  571.   #
  572.   def inverse_from(src)
  573.     size = row_size - 1
  574.     a = src.to_a
  575.    
  576.     for k in 0..size
  577.       if (akk = a[k][k]) == 0
  578.         i = k
  579.         begin
  580.           Matrix.Raise ErrNotRegular if (i += 1) > size
  581.         end while a[i][k] == 0
  582.         a[i], a[k] = a[k], a[i]
  583.         @rows[i], @rows[k] = @rows[k], @rows[i]
  584.         akk = a[k][k]
  585.       end
  586.       
  587.       for i in 0 .. size
  588.         next if i == k
  589.         q = a[i][k] / akk
  590.         a[i][k] = 0
  591.         
  592.         (k + 1).upto(size) do   
  593.           |j|
  594.           a[i][j] -= a[k][j] * q
  595.         end
  596.         0.upto(size) do
  597.           |j|
  598.           @rows[i][j] -= @rows[k][j] * q
  599.         end
  600.       end
  601.       
  602.       (k + 1).upto(size) do
  603.         |j|
  604.         a[k][j] /= akk
  605.       end
  606.       0.upto(size) do
  607.         |j|
  608.         @rows[k][j] /= akk
  609.       end
  610.     end
  611.     self
  612.   end
  613.   #alias reciprocal inverse
  614.   
  615.   #
  616.   # Matrix exponentiation.  Defined for integer powers only.  Equivalent to
  617.   # multiplying the matrix by itself N times.
  618.   #   Matrix[[7,6], [3,9]] ** 2
  619.   #     => 67 96
  620.   #        48 99
  621.   #
  622.   def ** (other)
  623.     if other.kind_of?(Integer)
  624.       x = self
  625.       if other <= 0
  626.         x = self.inverse
  627.         return Matrix.identity(self.column_size) if other == 0
  628.         other = -other
  629.       end
  630.       z = x
  631.       n = other  - 1
  632.       while n != 0
  633.         while (div, mod = n.divmod(2)
  634.                mod == 0)
  635.           x = x * x
  636.           n = div
  637.         end
  638.         z *= x
  639.         n -= 1
  640.       end
  641.       z
  642.     elsif other.kind_of?(Float) || defined?(Rational) && other.kind_of?(Rational)
  643.       Matrix.Raise ErrOperationNotDefined, "**"
  644.     else
  645.       Matrix.Raise ErrOperationNotDefined, "**"
  646.     end
  647.   end
  648.   
  649.   #--
  650.   # MATRIX FUNCTIONS -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-
  651.   #++
  652.   
  653.   #
  654.   # Returns the determinant of the matrix.  If the matrix is not square, the
  655.   # result is 0.
  656.   #   Matrix[[7,6], [3,9]].determinant
  657.   #     => 63
  658.   #
  659.   def determinant
  660.     return 0 unless square?
  661.    
  662.     size = row_size - 1
  663.     a = to_a
  664.    
  665.     det = 1
  666.     k = 0
  667.     begin
  668.       if (akk = a[k][k]) == 0
  669.         i = k
  670.         begin
  671.           return 0 if (i += 1) > size
  672.         end while a[i][k] == 0
  673.         a[i], a[k] = a[k], a[i]
  674.         akk = a[k][k]
  675.         det *= -1
  676.       end
  677.       (k + 1).upto(size) do
  678.         |i|
  679.         q = a[i][k] / akk
  680.         (k + 1).upto(size) do
  681.           |j|
  682.           a[i][j] -= a[k][j] * q
  683.         end
  684.       end
  685.       det *= akk
  686.     end while (k += 1) <= size
  687.     det
  688.   end
  689.   alias det determinant
  690.         
  691.   #
  692.   # Returns the rank of the matrix.  Beware that using Float values, with their
  693.   # usual lack of precision, can affect the value returned by this method.  Use
  694.   # Rational values instead if this is important to you.
  695.   #   Matrix[[7,6], [3,9]].rank
  696.   #     => 2
  697.   #
  698.   def rank
  699.     if column_size > row_size
  700.       a = transpose.to_a
  701.       a_column_size = row_size
  702.       a_row_size = column_size
  703.     else
  704.       a = to_a
  705.       a_column_size = column_size
  706.       a_row_size = row_size
  707.     end
  708.     rank = 0
  709.     k = 0
  710.     begin
  711.       if (akk = a[k][k]) == 0
  712.         i = k
  713.         exists = true
  714.         begin
  715.           if (i += 1) > a_column_size - 1
  716.             exists = false
  717.             break
  718.           end
  719.         end while a[i][k] == 0
  720.         if exists
  721.           a[i], a[k] = a[k], a[i]
  722.           akk = a[k][k]
  723.         else
  724.           i = k
  725.           exists = true
  726.           begin
  727.             if (i += 1) > a_row_size - 1
  728.               exists = false
  729.               break
  730.             end
  731.           end while a[k][i] == 0
  732.           if exists
  733.             k.upto(a_column_size - 1) do
  734.               |j|
  735.               a[j][k], a[j][i] = a[j][i], a[j][k]
  736.             end
  737.             akk = a[k][k]
  738.           else
  739.             next
  740.           end
  741.         end
  742.       end
  743.       (k + 1).upto(a_row_size - 1) do
  744.         |i|
  745.         q = a[i][k] / akk
  746.         (k + 1).upto(a_column_size - 1) do
  747.           |j|
  748.           a[i][j] -= a[k][j] * q
  749.         end
  750.       end
  751.       rank += 1
  752.     end while (k += 1) <= a_column_size - 1
  753.     return rank
  754.   end
  755.   #
  756.   # Returns the trace (sum of diagonal elements) of the matrix.
  757.   #   Matrix[[7,6], [3,9]].trace
  758.   #     => 16
  759.   #
  760.   def trace
  761.     tr = 0
  762.     0.upto(column_size - 1) do
  763.       |i|
  764.       tr += @rows[i][i]
  765.     end
  766.     tr
  767.   end
  768.   alias tr trace
  769.   
  770.   #
  771.   # Returns the transpose of the matrix.
  772.   #   Matrix[[1,2], [3,4], [5,6]]
  773.   #     => 1 2
  774.   #        3 4
  775.   #        5 6
  776.   #   Matrix[[1,2], [3,4], [5,6]].transpose
  777.   #     => 1 3 5
  778.   #        2 4 6
  779.   #
  780.   def transpose
  781.     Matrix.columns(@rows)
  782.   end
  783.   alias t transpose
  784.   
  785.   #--
  786.   # CONVERTING -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-
  787.   #++
  788.   
  789.   #
  790.   # FIXME: describe #coerce.
  791.   #
  792.   def coerce(other)
  793.     case other
  794.     when Numeric
  795.       return Scalar.new(other), self
  796.     else
  797.       raise TypeError, "#{self.class} can't be coerced into #{other.class}"
  798.     end
  799.   end
  800.   #
  801.   # Returns an array of the row vectors of the matrix.  See Vector.
  802.   #
  803.   def row_vectors
  804.     rows = (0 .. row_size - 1).collect {
  805.       |i|
  806.       row(i)
  807.     }
  808.     rows
  809.   end
  810.   
  811.   #
  812.   # Returns an array of the column vectors of the matrix.  See Vector.
  813.   #
  814.   def column_vectors
  815.     columns = (0 .. column_size - 1).collect {
  816.       |i|
  817.       column(i)
  818.     }
  819.     columns
  820.   end
  821.   
  822.   #
  823.   # Returns an array of arrays that describe the rows of the matrix.
  824.   #
  825.   def to_a
  826.     @rows.collect{|row| row.collect{|e| e}}
  827.   end
  828.   
  829.   #--
  830.   # PRINTING -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-
  831.   #++
  832.   
  833.   #
  834.   # Overrides Object#to_s
  835.   #
  836.   def to_s
  837.     "Matrix[" + @rows.collect{
  838.       |row|
  839.       "[" + row.collect{|e| e.to_s}.join(", ") + "]"
  840.     }.join(", ")+"]"
  841.   end
  842.   
  843.   #
  844.   # Overrides Object#inspect
  845.   #
  846.   def inspect
  847.     "Matrix"[email protected]
  848.   end
  849.   
  850.   # Private CLASS
  851.   
  852.   class Scalar < Numeric # :nodoc:
  853.     include ExceptionForMatrix
  854.    
  855.     def initialize(value)
  856.       @value = value
  857.     end
  858.    
  859.     # ARITHMETIC
  860.     def +(other)
  861.       case other
  862.       when Numeric
  863.         Scalar.new(@value + other)
  864.       when Vector, Matrix
  865.         Scalar.Raise WrongArgType, other.class, "Numeric or Scalar"
  866.       when Scalar
  867.         Scalar.new(@value + other.value)
  868.       else
  869.         x, y = other.coerce(self)
  870.         x + y
  871.       end
  872.     end
  873.    
  874.     def -(other)
  875.       case other
  876.       when Numeric
  877.         Scalar.new(@value - other)
  878.       when Vector, Matrix
  879.         Scalar.Raise WrongArgType, other.class, "Numeric or Scalar"
  880.       when Scalar
  881.         Scalar.new(@value - other.value)
  882.       else
  883.         x, y = other.coerce(self)
  884.         x - y
  885.       end
  886.     end
  887.    
  888.     def *(other)
  889.       case other
  890.       when Numeric
  891.         Scalar.new(@value * other)
  892.       when Vector, Matrix
  893.         other.collect{|e| @value * e}
  894.       else
  895.         x, y = other.coerce(self)
  896.         x * y
  897.       end
  898.     end
  899.    
  900.     def / (other)
  901.       case other
  902.       when Numeric
  903.         Scalar.new(@value / other)
  904.       when Vector
  905.         Scalar.Raise WrongArgType, other.class, "Numeric or Scalar or Matrix"
  906.       when Matrix
  907.         self * _M.inverse
  908.       else
  909.         x, y = other.coerce(self)
  910.         x / y
  911.       end
  912.     end
  913.    
  914.     def ** (other)
  915.       case other
  916.       when Numeric
  917.         Scalar.new(@value ** other)
  918.       when Vector
  919.         Scalar.Raise WrongArgType, other.class, "Numeric or Scalar or Matrix"
  920.       when Matrix
  921.         other.powered_by(self)
  922.       else
  923.         x, y = other.coerce(self)
  924.         x ** y
  925.       end
  926.     end
  927.   end
  928. end

  929. #
  930. # The +Vector+ class represents a mathematical vector, which is useful in its own right, and
  931. # also constitutes a row or column of a Matrix.
  932. #
  933. # == Method Catalogue
  934. #
  935. # To create a Vector:
  936. # * <tt>  Vector.[](*array)                   </tt>
  937. # * <tt>  Vector.elements(array, copy = true) </tt>
  938. #
  939. # To access elements:
  940. # * <tt>  [](i)                               </tt>
  941. #
  942. # To enumerate the elements:
  943. # * <tt> #each2(v)                            </tt>
  944. # * <tt> #collect2(v)                         </tt>
  945. #
  946. # Vector arithmetic:
  947. # * <tt>  *(x) "is matrix or number"          </tt>
  948. # * <tt>  +(v)                                </tt>
  949. # * <tt>  -(v)                                </tt>
  950. #
  951. # Vector functions:
  952. # * <tt> #inner_product(v)                    </tt>
  953. # * <tt> #collect                             </tt>
  954. # * <tt> #map                                 </tt>
  955. # * <tt> #map2(v)                             </tt>
  956. # * <tt> #r                                   </tt>
  957. # * <tt> #size                                </tt>
  958. #
  959. # Conversion to other data types:
  960. # * <tt> #covector                            </tt>
  961. # * <tt> #to_a                                </tt>
  962. # * <tt> #coerce(other)                       </tt>
  963. #
  964. # String representations:
  965. # * <tt> #to_s                                </tt>
  966. # * <tt> #inspect                             </tt>
  967. #
  968. class Vector
  969.   include ExceptionForMatrix
  970.   
  971.   #INSTANCE CREATION
  972.   
  973.   private_class_method :new
  974.   #
  975.   # Creates a Vector from a list of elements.
  976.   #   Vector[7, 4, ...]
  977.   #
  978.   def Vector.[](*array)
  979.     new(:init_elements, array, copy = false)
  980.   end
  981.   
  982.   #
  983.   # Creates a vector from an Array.  The optional second argument specifies
  984.   # whether the array itself or a copy is used internally.
  985.   #
  986.   def Vector.elements(array, copy = true)
  987.     new(:init_elements, array, copy)
  988.   end
  989.   
  990.   #
  991.   # For internal use.
  992.   #
  993.   def initialize(method, array, copy)
  994.     self.send(method, array, copy)
  995.   end
  996.   
  997.   #
  998.   # For internal use.
  999.   #
  1000.   def init_elements(array, copy)
  1001.     if copy
  1002.       @elements = array.dup
  1003.     else
  1004.       @elements = array
  1005.     end
  1006.   end
  1007.   
  1008.   # ACCESSING
  1009.          
  1010.   #
  1011.   # Returns element number +i+ (starting at zero) of the vector.
  1012.   #
  1013.   def [](i)
  1014.     @elements[i]
  1015.   end
  1016.   
  1017.   #
  1018.   # Returns the number of elements in the vector.
  1019.   #
  1020.   def size
  1021.     @elements.size
  1022.   end
  1023.   
  1024.   #--
  1025.   # ENUMERATIONS -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-
  1026.   #++
  1027.   #
  1028.   # Iterate over the elements of this vector and +v+ in conjunction.
  1029.   #
  1030.   def each2(v) # :yield: e1, e2
  1031.     Vector.Raise ErrDimensionMismatch if size != v.size
  1032.     0.upto(size - 1) do
  1033.       |i|
  1034.       yield @elements[i], v[i]
  1035.     end
  1036.   end
  1037.   
  1038.   #
  1039.   # Collects (as in Enumerable#collect) over the elements of this vector and +v+
  1040.   # in conjunction.
  1041.   #
  1042.   def collect2(v) # :yield: e1, e2
  1043.     Vector.Raise ErrDimensionMismatch if size != v.size
  1044.     (0 .. size - 1).collect do
  1045.       |i|
  1046.       yield @elements[i], v[i]
  1047.     end
  1048.   end
  1049.   #--
  1050.   # COMPARING -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-
  1051.   #++
  1052.   #
  1053.   # Returns +true+ iff the two vectors have the same elements in the same order.
  1054.   #
  1055.   def ==(other)
  1056.     return false unless Vector === other
  1057.    
  1058.     other.compare_by(@elements)
  1059.   end
  1060.   alias eqn? ==
  1061.   
  1062.   #
  1063.   # For internal use.
  1064.   #
  1065.   def compare_by(elements)
  1066.     @elements == elements
  1067.   end
  1068.   
  1069.   #
  1070.   # Return a copy of the vector.
  1071.   #
  1072.   def clone
  1073.     Vector.elements(@elements)
  1074.   end
  1075.   
  1076.   #
  1077.   # Return a hash-code for the vector.
  1078.   #
  1079.   def hash
  1080.     @elements.hash
  1081.   end
  1082.   
  1083.   #--
  1084.   # ARITHMETIC -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-
  1085.   #++
  1086.   
  1087.   #
  1088.   # Multiplies the vector by +x+, where +x+ is a number or another vector.
  1089.   #
  1090.   def *(x)
  1091.     case x
  1092.     when Numeric
  1093.       els = @elements.collect{|e| e * x}
  1094.       Vector.elements(els, false)
  1095.     when Matrix
  1096.       Matrix.column_vector(self) * x
  1097.     else
  1098.       s, x = x.coerce(self)
  1099.       s * x
  1100.     end
  1101.   end
  1102.   #
  1103.   # Vector addition.
  1104.   #
  1105.   def +(v)
  1106.     case v
  1107.     when Vector
  1108.       Vector.Raise ErrDimensionMismatch if size != v.size
  1109.       els = collect2(v) {
  1110.         |v1, v2|
  1111.         v1 + v2
  1112.       }
  1113.       Vector.elements(els, false)
  1114.     when Matrix
  1115.       Matrix.column_vector(self) + v
  1116.     else
  1117.       s, x = v.coerce(self)
  1118.       s + x
  1119.     end
  1120.   end
  1121.   #
  1122.   # Vector subtraction.
  1123.   #
  1124.   def -(v)
  1125.     case v
  1126.     when Vector
  1127.       Vector.Raise ErrDimensionMismatch if size != v.size
  1128.       els = collect2(v) {
  1129.         |v1, v2|
  1130.         v1 - v2
  1131.       }
  1132.       Vector.elements(els, false)
  1133.     when Matrix
  1134.       Matrix.column_vector(self) - v
  1135.     else
  1136.       s, x = v.coerce(self)
  1137.       s - x
  1138.     end
  1139.   end
  1140.   
  1141.   #--
  1142.   # VECTOR FUNCTIONS -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-
  1143.   #++
  1144.   
  1145.   #
  1146.   # Returns the inner product of this vector with the other.
  1147.   #   Vector[4,7].inner_product Vector[10,1]  => 47
  1148.   #
  1149.   def inner_product(v)
  1150.     Vector.Raise ErrDimensionMismatch if size != v.size
  1151.    
  1152.     p = 0
  1153.     each2(v) {
  1154.       |v1, v2|
  1155.       p += v1 * v2
  1156.     }
  1157.     p
  1158.   end
  1159.   
  1160.   #
  1161.   # Like Array#collect.
  1162.   #
  1163.   def collect # :yield: e
  1164.     els = @elements.collect {
  1165.       |v|
  1166.       yield v
  1167.     }
  1168.     Vector.elements(els, false)
  1169.   end
  1170.   alias map collect
  1171.   
  1172.   #
  1173.   # Like Vector#collect2, but returns a Vector instead of an Array.
  1174.   #
  1175.   def map2(v) # :yield: e1, e2
  1176.     els = collect2(v) {
  1177.       |v1, v2|
  1178.       yield v1, v2
  1179.     }
  1180.     Vector.elements(els, false)
  1181.   end
  1182.   
  1183.   #
  1184.   # Returns the modulus (Pythagorean distance) of the vector.
  1185.   #   Vector[5,8,2].r => 9.643650761
  1186.   #
  1187.   def r
  1188.     v = 0
  1189.     for e in @elements
  1190.       v += e*e
  1191.     end
  1192.     return Math.sqrt(v)
  1193.   end
  1194.   
  1195.   #--
  1196.   # CONVERTING
  1197.   #++
  1198.   #
  1199.   # Creates a single-row matrix from this vector.
  1200.   #
  1201.   def covector
  1202.     Matrix.row_vector(self)
  1203.   end
  1204.   
  1205.   #
  1206.   # Returns the elements of the vector in an array.
  1207.   #
  1208.   def to_a
  1209.     @elements.dup
  1210.   end
  1211.   
  1212.   #
  1213.   # FIXME: describe Vector#coerce.
  1214.   #
  1215.   def coerce(other)
  1216.     case other
  1217.     when Numeric
  1218.       return Scalar.new(other), self
  1219.     else
  1220.       raise TypeError, "#{self.class} can't be coerced into #{other.class}"
  1221.     end
  1222.   end
  1223.   
  1224.   #--
  1225.   # PRINTING -=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-
  1226.   #++
  1227.   
  1228.   #
  1229.   # Overrides Object#to_s
  1230.   #
  1231.   def to_s
  1232.     "Vector[" + @elements.join(", ") + "]"
  1233.   end
  1234.   
  1235.   #
  1236.   # Overrides Object#inspect
  1237.   #
  1238.   def inspect
  1239.     str = "Vector"[email protected]
  1240.   end
  1241. end

  1242. # Documentation comments:
  1243. #  - Matrix#coerce and Vector#coerce need to be documented

复制代码

See FScript Here:https://github.com/DeathKing/fscript
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所有对URG3的疑问和勘误或者建议,请移步至发布页面。
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烫烫烫

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发表于 2009-9-20 11:23:17 | 只看该作者
Ruby附加库里似乎有个向量类
matrix.rb
[2002-04-02] by sugawah

Matrix (以Numeric数为元素的)矩阵类
Vector (以Numeric数为元素的)矢量类

rb格式的,RM可以用
rm for linux(wine)制作中,期待夏娜SAMA能实现到webrm上
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Lv1.梦旅人 (禁止发言)

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第1届Title华丽大赛新人奖

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 楼主| 发表于 2009-9-20 11:02:05 | 只看该作者
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
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Lv1.梦旅人

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发表于 2009-9-20 10:37:02 | 只看该作者
数学无能的熊猫路过……
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炼金术的根本法则是等价交换。想要获得,必须失去同等价值的东西。每当烦躁的时候,煎熬在不想做却又正在做的烦心事中的时候,我就安慰自己,提醒自己做这些事情的目的所在,告诉自己不要忽略所获得或者即将获得的回报,物质的,精神的,肉体的,灵魂的回报!只做想做的事情,就会失去不想失去的东西。
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