Commons Math学习笔记——分数和复数

3.2 分数和复数

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我们讲到数学的计算,难免会遇到分数形式,因为实数的定义就是可以表示为一个分数的形式的数,而加入虚数的复数也是偶尔会遇到的。 Commons Math包中的 fraction complex包就分别提供了方法来表示这两种数。

首先来看一个接口 FieldElement<T>,这个接口定义了一个泛型参数,其具体内容定义了 5组方法,分别是加减乘除运算和 getField()方法。具体 Field<T>是什么,这里就不研究了,因为我发现暂时还没有用到它。呵呵。

像这样的无算法和实现的类,具体就是看示例来观察它的运算行为了。

正式开始,先看看 Fraction类,在 fraction子包下的 Fraction类继承了 java中的 Number类,同时实现了 接口 FieldElement<Fraction> Fraction的构造方法有 5个,支持给定一个实数来构建分数,也支持给定分子分母的构建方法。具体的见代码吧,因为代码已经非常直观了。

 1 /** */ /**
 2  * 
 3   */

 4 package  algorithm.math;
 5
 6 import  org.apache.commons.math.complex.Complex;
 7 import  org.apache.commons.math.fraction.Fraction;
 8 import  org.apache.commons.math.fraction.FractionConversionException;
 9
10 /** */ /**
11  *  @author  Jia Yu
12  * @date   2010-11-29
13   */

14 public   class  FractionAndComplexTest  {
15
16      /** */ /**
17      *  @param  args
18       */

19      public   static   void  main(String[] args)  {
20          //  TODO Auto-generated method stub
21         fraction();
22         System.out.println( " ------------------------------------------------ " );
23         complex();
24     }

25
26      private   static   void  complex()  {
27          //  TODO Auto-generated method stub
28         Complex z  =   new  Complex( 3.0 4.0 );
29         Complex x  =   new  Complex( 5.0 7.0 );
30         
31          // output directly
32         System.out.println( " complex z =  " + z); // ugly
33         System.out.println( " complex z =  " + c2s(z)); // organized manually
34         System.out.println( " complex x =  " + c2s(x));
35         
36          // complex abs
37         System.out.println( " abs of z =  " + z.abs());
38          // complex add
39         System.out.println( " z+x =  " + c2s(z.add(x)));
40          // complex substrac
41         System.out.println( " z-x =  " + c2s(z.subtract(x)));
42          // complex multiply
43         System.out.println( " z*x =  " + c2s(z.multiply(x)));
44          // complex sin cos 
45         System.out.println( " sin(z) =  " + c2s(z.sin()));
46         System.out.println( " cos(z) =  " + c2s(z.cos()));
47          // complex conjugate  
48         System.out.println( " conjugate of z =  " + c2s(z.conjugate()));
49     }

50     
51      public   static  String c2s(Complex c) {
52          if (c.getImaginary() < 0 )
53              return   "" + c.getReal() + c.getImaginary() + " i " ;
54          return   "" + c.getReal() + " + " + c.getImaginary() + " i " ;
55     }

56
57      private   static   void  fraction()  {
58          //  TODO Auto-generated method stub
59         Fraction frac1  =   new  Fraction( 2 , 3 );
60         
61          // output directly
62         System.out.println( " frac1 =  " + frac1);
63         
64          try   {
65             Fraction frac2  =   new  Fraction( 0.5 );
66             System.out.println( " frac2 =  " + frac2);
67             
68              // fraction doublevalue
69             System.out.println( " frac1's double form is  " + frac1.doubleValue());
70              // fraction add
71             System.out.println( " frac1+frac2 =  " + frac1.add(frac2));
72              // fraction substract
73             System.out.println( " frac1-frac2 =  " + frac1.subtract(frac2));
74              // fraction multiply
75             System.out.println( " frac1*frac2 =  " + frac1.multiply(frac2));
76              // fraction divide
77             System.out.println( " frac1/frac2 =  " + frac1.divide(frac2));
78              // fraction multiplicative inverse
79             System.out.println( " frac1's inverse is  " + frac1.reciprocal());
80             
81              // fraction reduction
82             System.out.println( " 5 / 25 =  " + Fraction.getReducedFraction( 5 , 25 ));
83         }
  catch  (FractionConversionException e)  {
84              //  TODO Auto-generated catch block
85             e.printStackTrace();
86         }

87     }

88
89 }

90

 

 

看了具体用法,不免要探究一下,分数的这些运算在 Commons Math里是怎么实现的。跟我们直观感觉一样,在 Fraction类内部定义了分子和分母两个 int型的成员变量。我忍不住要把构造方法的源码贴上来:

 1 private  Fraction( double  value,  double  epsilon,  int  maxDenominator,  int  maxIterations)
 2          throws  FractionConversionException
 3      {
 4          long  overflow  =  Integer.MAX_VALUE;
 5          double  r0  =  value;
 6          long  a0  =  ( long )Math.floor(r0);
 7          if  (a0  >  overflow)  {
 8              throw   new  FractionConversionException(value, a0,  1l );
 9         }

10
11          //  check for (almost) integer arguments, which should not go
12          //  to iterations.
13          if  (Math.abs(a0  -  value)  <  epsilon)  {
14              this .numerator  =  ( int ) a0;
15              this .denominator  =   1 ;
16              return ;
17         }

18
19          long  p0  =   1 ;
20          long  q0  =   0 ;
21          long  p1  =  a0;
22          long  q1  =   1 ;
23
24          long  p2  =   0 ;
25          long  q2  =   1 ;
26
27          int  n  =   0 ;
28          boolean  stop  =   false ;
29          do   {
30              ++ n;
31              double  r1  =   1.0   /  (r0  -  a0);
32              long  a1  =  ( long )Math.floor(r1);
33             p2  =  (a1  *  p1)  +  p0;
34             q2  =  (a1  *  q1)  +  q0;
35              if  ((p2  >  overflow)  ||  (q2  >  overflow))  {
36                  throw   new  FractionConversionException(value, p2, q2);
37             }

38             
39              double  convergent  =  ( double )p2  /  ( double )q2;
40              if  (n  <  maxIterations  &&  Math.abs(convergent  -  value)  >  epsilon  &&  q2  <  maxDenominator)  {
41                 p0  =  p1;
42                 p1  =  p2;
43                 q0  =  q1;
44                 q1  =  q2;
45                 a0  =  a1;
46                 r0  =  r1;
47             }
  else   {
48                 stop  =   true ;
49             }

50         }
  while  ( ! stop);
51
52          if  (n  >=  maxIterations)  {
53              throw   new  FractionConversionException(value, maxIterations);
54         }

55         
56          if  (q2  <  maxDenominator)  {
57              this .numerator  =  ( int ) p2;
58              this .denominator  =  ( int ) q2;
59 http://www.blogjava.net/Images/OutliningI
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