Math h описание. Интерактивный учебник языка Python
Все математические функции реализованы как методы класса Math, основные из которых представлены в таблице 4.1
Таблица 4.1 – Основные поля и методы класса Math
Имя метода |
Описание |
Пояснения |
|x|, записывается как Abs(x) |
||
Арккосинус |
Acos(double x), угол задается в радианах |
|
Арксинус | ||
Арктангенс | ||
Арктангенс |
Atan2(double x,double y) –угол, тангенс которого есть результат деления y на х |
|
Произведение |
BigMul(int x,int y) |
|
Округление до большего целого |
Celling(double x) |
|
Гиперболический косинус | ||
Деление и остаток | ||
2,71828182845905 |
||
Экспонента | ||
Округление до меньшего целого |
Floor(double x) |
|
Остаток от деления |
IEEERemainder(double x, double y) |
|
Натуральный логарифм | ||
Десятичный логарифм | ||
Максимум из 2-х чисел |
Продолжение таблицы 4.1
Имя метода |
Описание |
Пояснения |
Минимум из 2-х чисел | ||
Значение числа пи |
3,14159265358979 |
|
Возведение в степень |
Pow(x,y) – x в степени y |
|
Округление |
Round(3.1)=3 Round(3.8)=4 |
|
Знак числа | ||
Гиперболический синус | ||
Квадратный корень | ||
Гиперболический тангенс |
Пример линейной программы расчета по заданной формуле
namespace ConsoleApplicationl
{ static void Main()
Console.WriteLine(“Введите x”);
buf=Console.ReadLine();
double x=Convert.ToDouble(buf);
Console.WriteLine(“Введите alfa”);
buf=Console.ReadLine();
double a=double.Parse(buf);
double y=Math.Sqrt(Math.PI*x)-
Math.Exp(0.2*Math.Sqrt(a))+
2*Math.Tan(2*a)+
1.6e3*Math.Log10(Math.Pow(x,2));
Console.WriteLine(“Для х= {0} и alfa ={1}”, x,a);
Console.WriteLine(“Результат =” +y); }}}
Лекция 5. Операторы языка c#
Состав операторов языка C#, их синтаксис и семантика унаследованы от языка С++. Любое выражение, завершающееся точкой с запятой является оператором.
Блок или составной оператор
С помощью фигурных скобок несколько операторов языка (возможно, перемежаемых объявлениями) можно объединить в единую синтаксическую конструкцию, называемую блоком или составным оператором:
оператор_1
оператор_N
Синтаксически блок воспринимается как единичный оператор и может использоваться всюду в конструкциях, где синтаксис требует одного оператора. Тело цикла, ветви оператора if, как правило, представляются блоком.
Пустой оператор
Пустой оператор - это "пусто", завершаемое точкой с запятой. Он используется когда по синтаксису оператор требуется, а по смыслу- нет. Иногда полезно рассматривать отсутствие операторов как существующий пустой оператор. Синтаксически допустимо ставить лишние точки с запятой, полагая, что вставляются пустые операторы. Например, синтаксически допустима следующая конструкция:
for (int j=1; j<5; j++) //оператор цикла
{;;;}; //пустой оператор
Она может рассматриваться как задержка по времени, работа на холостом ходе.
Математические функции языка С
В языках С и C++ определено множество разнообразных математических функций. Сначала оба языка поддерживали один и тот же набор, состоящий из 22 математических функций. Однако по мере развития языка C++ расширялся и арсенал определенных в нем функций. Затем в версии С99 размер математической библиотеки значительно увеличился. В результате этих изменений библиотеки математических функций языков С и C++ стали существенно отличаться одна от другой. Поэтому в данной главе описываются математические функции языка С(включая те, которые добавлены в версии С99), а в главе 9 уделено внимание исключительно функциям языка C++. При этом имейте в виду, что исходный набор математических функций по-прежнему поддерживается всеми версиями языков С и C++.
Для использования всех математических функций в программу необходимо включить заголовок
В версии С99 определены следующие макросы.
В версии С99 определены следующие макросы(подобные функциям), которые классифицируют значение.
В версии С99 определены следующие макросы сравнения, аргументами которых(a и b) должны быть значения с плавающей точкой.
Эти макросы прекрасно обрабатывают значения, которые не являются числами, не вызывая при этом исключений вещественного типа.
Макросы EDOM и ERANGE также используются математическими функциями. Эти макросы определены в заголовке
Ошибки в версиях С89 и С99 обрабатываются по-разному. Так, в версии С89, если аргумент математической функции не попадает в домен, для которого он определен, возвращается некоторое значение, зависящее от конкретной реализации, а встроенная глобальная целая переменная errno устанавливается равной значению EDOM. В версии С99 ошибка нарушения границ домена также приводит к возврату значения, зависящего от конкретной реализации. Однако по значению math_errhandling можно судить о выполнении других действий. Если math_errhandling содержит значение MATH_ERRNO, встроенная глобальная целая переменная errno устанавливается равной значению EDOM. Если же math_errhandling содержит значение MATH_ERREXCEPT, возбуждается исключение вещественного типа.
В версии С89, если функция генерирует результат, который слишком велик для возможностей представления, происходит переполнение. В этом случае функция возвращает значение HUGE_VAL, а переменная errno устанавливается равной значению ERANGE, сигнализирующему об ошибке диапазона. При обнаружении потери значимости функция возвращает нуль и устанавливает переменную errno равной значению ERANGE. В версии С99 ошибка переполнения также приводит к тому, что функция возвращает значение. HUGE_VAL, а при потере значимости - нуль. Если math_errhandling содержит значение MATH_ERRNO, глобальная переменная errno устанавливается равной значению ERANGE, свидетельствующему об ошибке диапазона. Если же math_errhandling содержит значение MATH_ERREXCEPT, возбуждается исключение вещественного типа.
В версии С89 аргументами математических функций должны быть значения типа double и значения, возвращаемые функциями, имеют тип double. В версии С99 добавлены float- и long double-варианты этих функций, которые используют суффиксы f и l соответственно. Например, в версии С89 функция sin() определена следующим образом.
Double sin(double arg);
В версии С99 поддерживается приведенное выше определение функции sin() и добавляются еще две ее модификации - sinf() и sinl().
Float sinf(float arg); long double sinl(long double arg);
Операции, выполняемые всеми тремя функциями, одинаковы; различаются лишь данные, подвергаемые этим операциям. Добавление f- и 1-модификаций математических функций позволяет использовать версию, которая наиболее точно соответствует вашим данным.
Поскольку в версии С99 добавлено так много новых функций, стоит отдельно перечислить функции, поддерживаемые версией С89(они также используются в языке C++).
acos | asin | atan | atan2 | ceil |
cos | cosh | exp | fabs | floor |
fmod | frexp | ldexp | log | log10 |
modf | pow | sin | sinh | sqrt |
tan | tanh |
И еще одно: все углы задаются в радианах.
Смотрите также
acos - Возвращает значение арккосинуса
acosh - Возвращает значение гиперболического арккосинуса
asin - Возвращает значение арксинуса
asinh - Возвращает значение гиперболического арксинуса
atan - Возвращает значение арктангенса
atan2 - Возвращает значение арктангенса от а/Ь
atanh - Возвращает значение гиперболического арктангенса
cbrt - Возвращает значение кубического корня
ceil - Возвращает наименьшее целое, которое больше значения заданого аргумента
copysign - Наделяет заданный аргумент знаком, который имеет указаный аргумент
cos - Возвращает значение косинуса
cosh - Возвращает значение гиперболического косинуса
erf - Возвращает значение функции ошибок
erfc - Возвращает дополнительное значение функции ошибок
exp - Возвращает значение экспоненты
exp2 - Возвращает число 2, возведенное в заданную степень
expm1 - Возвращает уменьшенное на единицу значение натурального логарифма е
fabs - Возвращает абсолютное значение
fdim - Возвращает нуль или разность в двух заданных аргументов
floor - Возвращает наибольшее целое которое меньше или равно значению заданного аргумента
fma - Возвращает значение а*Ь+с заданных аргументов
fmax - Возвращает большее из двух значений
fmin - Возвращает меньшее из двух значений
fmod - Возвращает остаток от деления
frexp - Разбивает заданное число на мантиссу и экспоненту
hypot - Возвращает длину гипотенузы при заданных длинах двух катетов
ilogb - Выделяет экспоненциальное значение
ldexp - Возвращает значение выражения num*2^ехр.
В C++ определены следующие арифметические операторы.
Cложение;
– вычитание;
* умножение
/ деление
% деление по модулю
– – декремент (уменьшение на 1)
Инкремент (увеличение на 1).
Действие операторов +, –, * и / совпадает с действием аналогичных операторов в алгебре. Их можно применять к данным любого встроенного числового типа.
После применения оператора деления (/) к целому числу остаток будет отброшен. Например, результат целочисленного деления 10/3 будет равен 3. Остаток от деления можно получить с помощью оператора деления по модулю (%). Например, 10%3 равно 1. Это означает, что в С++ оператор % нельзя применять к нецелочисленным типам данных.
Операторы инкремента (++) и декремента (– –) обладают очень интересными свойствами. Поэтому им следует уделить особое внимание.
Оператор инкремента выполняет сложение операнда с числом 1, а оператор декремента вычитает 1 из своего операнда. Это значит, что инструкция:
аналогична такой инструкции:
А инструкция:
аналогична такой инструкции:
Операторы инкремента и декремента могут стоять как перед своим операндом (префиксная форма), так и после него (постфиксная форма). Например, инструкцию
можно переписать в виде префиксной
Х;//префиксная форма оператора инкремента
или постфиксной формы:
х++;//постфиксная форма оператора инкремента
В предыдущем примере не имело значения, в какой форме был применен оператор инкремента: префиксной или постфиксной. Но если оператор инкремента или декремента используется как часть большего выражения, то форма его применения очень важна. Если такой оператор применен в префиксной форме, то C++ сначала выполнит эту операцию, чтобы операнд получил новое значение, которое затем будет использовано остальной частью выражения. Если же оператор применен в постфиксной форме, то С++ использует в выражении его старое значение, а затем выполнит операцию, в результате которой операнд обретет новое значение.
Математические функции
В языке С++ имеются специальные функции для расчета алгебраических выражений. Все такие функции находятся в отдельном заголовочном файле math.h. Поэтому для использования функций в коде программы необходимо подключить данный файл с помощью директивы
#include
Приведем основные алгебраические функции С++.
abs(x) - модуль целого числа;
labs(x) - модуль «длинного» целого;
fabs(x) - модуль числа с плавающей точкой;
sqrt(x) - извлечение квадратного корня;
pow(x,y) - возведение x в степень y;
cos(x) - косинус;
sin(x) - синус;
tan(x) - тангенс;
acos(x) - арккосинус;
asin(x) - арксинус;
atan(x) - арктангенс;
exp(x) - експонента в степени x;
log(x) - натуральный логарифм;
log10(x) - десятичный логарифм
При возведении числа в дробную степень, знаменатель дробной степени нужно записывать в вещественном виде. Например: квадратный корень из а записывается так: pow(a,1/2.0 )
Продемонстрируем использование функций на примерах.
5. Операторы ввода/вывода на языке С++
Для вывода сообщения на экран используется следующий оператор C++:
cout<<”текст”;
#include
Информация, заключенная в двойные кавычки, является сообщением, которое должно быть выведено на экран. В языке C++ любая последовательность символов, заключенная в двойные кавычки, называется строкой потому, что она состоит из нескольких символов, соединяемых вместе в более крупный блок (элемент).
Строка в операторе COUT может содержать так называемые подстановочные символы - символы, которых нет на клавиатуре или они заняты под ключевые символы в тексте программы. Перед каждым таким подстановочным символов ставится символ «\».
Приведем перечень таких символов:
\a – звуковой сигнал
\n – переход на новую строку
\t – горизонтальная табуляция
\v – вертикальная табуляция
\\ - обратный слеш
\’ – одинарная кавычка
\” – двойная кавычка
\? – знак вопроса.
Например, оператор вида:
cout>>“пример\nтекста”;
Слово «пример» выведет на одной строке, а слово «текста» на другой.
Оператор вида:
cout>>“магазин\»”чайка\””;
Слово «Чайка» отобразит в двойных кавычках.
Кроме текса оператор может выводить на экран значения переменных, комбинируя их с текстом.
cout<<”a=”< Форматированный
вывод
Для
выдачи значений заданной длины или
точности оператор cout имеет
ряд настроек: cout.width(число)
– общая длина выводимого значения cout.precision(число)
– число знаков после запятой cout.fill(‘символ-заполнитель’)
– символ, которым заполняются лишние
позиции на экране Настройка cout.width после
выполнения одного оператора вывода
сбрасывается в начальное значение.
Поэтому ее приходится указывать отдельно
для каждой переменной или строки. Настройки
этих параметров должны проводиться до
вызова оператора вывода. Например: //описываем
переменные float a=125.478, b=625.365; //задаем
число знаков поле запятой cout.precision(2); //задаем
заполнитель для лишний позиций cout.fill(‘0’); //выдаем значения переменных
на экран cout<<”a=”; cout<<”
b=”; //задаем
общую длину для числа Регулировка
ширины поля (width)
и заполнителя (fill)
имеет смысл при выдачи данных
в таблицу. Чаще всего можно обойтись
только настройкой precision. Очистка
экрана
Язык С++
имеет функцию, позволяющую очищать
экран от текстовой информации. Эта
функция имеет вид: Данная
функция находится в заголовочном
файле conio.h.
Поэтому для ее использования данный
файл должен быть подключен с помощью
директивы: #include Организация
паузы для просмотра результата
После
выполнения программы обычно происходит
автоматичский возврат в окно с исходным
текстом. Это не позволяет просмотреть
результат, который программа выдает на
экран. Выходом из этой ситуации может
быть использование
клавиш Alt+F5, при нажатии на которые происходит
скрытие окна с кодом программы. Повторное
нажатие на эти клавиши возвращает окно
с кодом на экран. Однако,
если создать исполняемый EXE файл,
то использовать эти клавиши будет
невозможно и результат останется
невидимым для пользователя. Для
решения данной проблемы в конце программы
можно добавлять функцию, которая
приостанавливает работу до нажатия
любой клавиши. Эта функция имеет вид: getch
(); Данная функция
находится в заголовочном файле conio.h.
Поэтому для ее использования данный
файл должен быть подключен с помощью
директивы: #include Оператор
ввода данных с клавиатуры
Для
вода данных с клавиатуры в С++
имеется оператор: cin>>переменная; Данный
оператор приостанавливает работу
программы и ждет пока пользователь не
введет значение переменной и на нажмет ENTER. C помощью
одного оператора можно ввести значения
нескольких переменных. Для этого
оператор записывают в виде: cin>>переменная1>>переменная2>>.
. .>>переменнаяn; При
запуске программы каждое значение
вводится через пробел и в конце
нажимают ENTER. Оператор COUT находится
в заголовочном файле iostream.h.
Поэтому для его использования данный
файл нужно подключить с помощью директивы: #include 6.
Пример программы на С++
Для демонстрации решим одну
задачу. Составить программу для нахождения
значения функции: Программа может иметь
вид: //подключаем
файл для организации ввода/вывода #include //подключаем
файл для использования алгебраических
функций #include //подключаем
файл для вызова функции очистки экрана #include //заголовок
главной программы //описываем
три переменных вещественного типа //очищаем экран //выдаем
текстовую подсказку на экран cout<<"Введите
значения a и b:"; //запрашиваем
ввод с клавиатуры двух переменных: a и b //считаем
значение функции c=sin(a)+pow(cos(b),2); //устанавливаем
точность вывода результата 3
знака полсе запятой cout.precision(3); //выводим
результат на экран cout<<"Функция
равна:"< cout<<"Для
продолжения нажмите любую клавишу. . ."; //делаем
паузу для просмотра результата //завершаем
работу главной программы Math.h
— заголовочный файл стандартной библиотеки языка С, разработанный для выполнения простых математических операций. Поскольку С++ также реализует данные функции для обеспечения совместимости (все они содержатся в заголовочном файле cmath) ми будем рассматривать эти языки вместе. Под Linux и FreeBSD математические функции хранятся отдельно в математической библиотеке libm. Таким образом, если любая из этих инструкций используется, при сборке линкеру должна быть передана опция -lm. Так как в результате большинства математических операций получатся дробные числа, все функции библиотеки принимают double. Для работы с типами float и long double используются функции с постфиксами f и l соответственно. Complex.h
— заголовочный файл стандартной библиотеки языка программирования С, в котором объявляются функции для комплексной арифметики. Эти функции используют встроенный тип complex, который появился в стандарте C99. Функции в заголовочном файле complex.h представлены для трёх типов— double, float и long double (значения представлены в радианах): для вычисления тригонометрических значений синуса, косинуса, тангенса и котангенса для комплесных чисел, логарифм и экспонент, корень. GNU (GSL)
— это свободное программное обеспечение под лицензией GNU General Public License. Библиотека предоставляет широкий спектр математических процедур, таких как генераторы случайных чисел, специальных функций и наименьших квадратов. Есть более 1000 функций в общей сложности с обширным набором тестов. В отличие от лицензий собственных численных библиотек лицензия GSL не ограничивает научное сотрудничество. Для подключения библиотеки вы должны написать: $\# include Вот примерные программы на С++ с использованием математических библиотек: Найти синус и косинус А #include using namespace std; cout << «Input A = »; cin>>a; //ввод а b=cos(a); //присваивание значений cout << «Cos A = „< Вывод программы: Найти exp от числа А #include // библиотека ввода-вывода #include #include #include using namespace std; SetConsoleOutputCP(1251); double a,b,c; // переменные типа double cout << “Input A = »; cin>>a; //ввод а b=ceil(a); //присваивание значаный cout << «Большее целое число A = „< Вывод программы: Возведите число в степень по заданным значениям #include // библиотека ввода-вывода #include #include #include using namespace std; SetConsoleOutputCP(1251); double a,b; // переменные типа double cout << “Введите число = »; cin>>a; cout << «Введите степень = »; cin>>b; cout << «Число в степени = „< Вывод программы: Решение квадратного уравнения # include # include # include using namespace std; double a = 1, b = 2, c = 1; i = gsl_poly_solve_quadratic (a, b, c, &x0, &x1); if (i == 2) cout << “x0 =»<< x0 << " x1 ="<< x1 << endl; if (i == 1) cout<< «x0 = » << x0 << endl; if (i == 0) cout<< «No solve » << endl; Вывод программы: Как использовать статистические функции #include #include double data = {17.2, 18.1, 16.5, 18.3, 12.6}; double mean, variance, largest, smallest; mean = gsl_stats_mean(data, 1, 5); variance = gsl_stats_variance(data, 1, 5); largest = gsl_stats_max(data, 1, 5); smallest = gsl_stats_min(data, 1, 5); printf («The dataset is \%g, \%g, \%g,\%g, \%g \ n», data, data, data, data, data); printf («The sample mean is \%g\ n», mean); printf («The estimated variance is \%g\ n», variance); printf («The largest value is \%g \ n», largest); printf («The smallest value is \%g \ n», smallest); Для целых чисел определены операции
+ , - , * и ** . Операция
деления / для целых чисел возвращает вещественное число (значение типа float).
Также функция возведения в степень возвращает значение типа float ,
если показатель степени — отрицательное число. Но есть и специальная операция целочисленного деления, выполняющегося с отбрасыванием
дробной части, которая обозначается // (она соответствует операции div в Паскале).
Она возвращает целое число: целую часть частного. Другая близкая ей операция − это операция взятия остатка от деления,
обозначаемая % (она соответствует операции mod в Паскале).
Например: Print(17 / 3) # выведет 5.66666666667
print(17 // 3) # выведет 5
print(17 % 3) # выведет 2 Некоторые из перечисленных функций (int , round , abs)
являются стандартными и не требуют подключения модуля math для использования.Функция
Описание
Округление
int(x)
Округляет число в сторону нуля. Это стандартная функция, для ее использования не нужно подключать
модуль math .
round(x)
Округляет число до ближайшего целого. Если дробная часть числа равна 0.5, то число округляется
до ближайшего четного числа.
round(x, n)
Округляет число x
до n знаков после точки. Это стандартная функция, для ее использования не нужно подключать
модуль math .
floor(x)
Округляет число вниз («пол»), при этом floor(1.5) == 1 , floor(-1.5) == -2
ceil(x)
Округляет число вверх («потолок»), при этом ceil(1.5) == 2 , ceil(-1.5) == -1
abs(x)
Модуль (абсолютная величина). Это — стандартная функция.
Корни, логарифмы
sqrt(x)
Квадратный корень. Использование: sqrt(x)
log(x)
Натуральный логарифм. При вызове в виде log(x, b) возвращает логарифм по основанию b .
e
Основание натуральных логарифмов e = 2,71828...
Тригонометрия
sin(x)
Синус угла, задаваемого в радианах
cos(x)
Косинус угла, задаваемого в радианах
tan(x)
Тангенс угла, задаваемого в радианах
asin(x)
Арксинус, возвращает значение в радианах
acos(x)
Арккосинус, возвращает значение в радианах
atan(x)
Арктангенс, возвращает значение в радианах
atan2(y, x)
Полярный угол (в радианах) точки с координатами (x, y).
degrees(x)
Преобразует угол, заданный в радианах, в градусы.
radians(x)
Преобразует угол, заданный в градусах, в радианы.
pi
Константа π
= 3.1415...