5.11. Комплексные числа

Стандартная библиотека complex предназначена для работы с комплексными числами в Ruby. Большая ее часть не требует пояснений.

Для создания комплексного числа применяется следующая несколько необычная нотация:

z = Complex(3,5) # 3+5i

Необычно в ней то, что имя метода совпадает с именем класса. В данном случае наличие скобок указывает на то, что это вызов метода, а не ссылка на константу. Вообще говоря, имена методов не похожи на константы, и я не рекомендую начинать имена методов с прописной буквы, разве что в подобных специальных случаях. (Отметим, что имеются также методы Integer и Float; вообще, имена, начинающиеся с прописной буквы, зарезервированы для методов, которые выполняют преобразование данных и аналогичные действия.)

Метод im преобразует вещественное число в мнимое (по существу, умножая его на i). Поэтому представлять комплексные числа можно и с помощью более привычной нотации:

а = 3.im     # 3i

b = 5 - 2.im # 5-2i

Если вас больше интересуют полярные координаты, то можно обратиться к методу polar:

2 - Complex.polar(5,Math::PI/2.0) # Радиус, угол.

В классе Complex имеется также константа I, которая представляет число i — квадратный корень из минус единицы:

z1 = Complex(3,5)

z2 = 3 + 5*Complex::I # z2 == z1

После загрузки библиотеки complex некоторые стандартные математические функции изменяют свое поведение. Тригонометрические функции — sin, sinh, tan и tanh (а также некоторые другие, например, ехр и log) начинают принимать еще и комплексные аргументы. Некоторые функции, например sqrt, даже возвращают комплексные числа в качестве результата.

x = Math.sqrt(Complex(3,5)) # Приближенно Complex(2.1013, 1.1897)

y = Math.sqrt(-1) # Complex(0,1)

Дополнительную информацию ищите в любой полной документации, в частности на сайте ruby-doc.org.

5.12. Библиотека mathn

В программах, выполняющих большой объем математических вычислений, очень пригодится замечательная библиотека mathn, которую написал Кейдзу Исидзука (Keiju Ishitsuka). В ней есть целый ряд удобных методов и классов; кроме того, она унифицирует все классы Ruby для работы с числами так, что они начинают хорошо работать совместно.

Простейший способ воспользоваться этой библиотекой — включить ее с помощью директивы require и забыть. Поскольку она сама включает библиотеки complex, rational и matrix (в таком порядке), то вы можете этого не делать.

В общем случае библиотека mathn пытается вернуть «разумные» результаты вычислений. Например, при извлечении квадратного корня из Rational будет возвращен новый объект Rational, если это возможно; в противном случае Float. В таблице 5.1 приведены некоторые последствия загрузки этой библиотеки.

Таблица 5.1. Результаты вычислений в случае отсутствия и наличия библиотеки mathn

Выражение	Без mathn	С mathn
Math.sqrt(Rational(9,16))	0.75	Rational(3,4)
1/2	0	Rational(1,2)
Matrix.identity(3)/3	Matrix[[0,0,0], [0,0,0],[0,0,0]]	Matrix[[1/3,0,0], [0,1/3,0],[0,0,1/3]]
Math.sqrt(64/25)	1.4142…	Rational(8,5)
Rational(1,10).inspect	Rational(1,10)	1/10

Библиотека mathn добавляет методы ** и power2 в класс Rational. Она изменяет поведение метода Math.sqrt и добавляет метод Math.rsqrt, умеющий работать с рациональными числами.

Дополнительная информация приводится в разделах 5.13 и 5.14.