Jednoduché spôsoby vykonávania výpočtov na termináli Linux

Vykonávanie výpočtov v termináli Linux poskytuje rýchly a efektívny spôsob vykonávania výpočtov bez potreby externých aplikácií. Či už potrebujete vykonávať jednoduché alebo zložité výpočty, vstavané príkazy Linuxu ako bc وawk وexpr Výkonné a ľahko použiteľné riešenia. Tieto nástroje dokážu zvládnuť matematické výpočty, prevody a dokonca aj pokročilé rovnice, vďaka čomu sú ideálnou voľbou pre programátorov, správcov serverov a každého, kto sa pri svojej každodennej práci spolieha na príkazový riadok.

Chcete rýchly a jednoduchý spôsob, ako vyriešiť svoje matematické problémy ako vedci a inžinieri? Mnoho nástrojov vám umožňuje vykonávať výpočty priamo z terminálu Linux. Pomocou týchto programov môžete riešiť jednoduché problémy a robiť zložité problémy.

1. Bash aritmetické operátory

Potrebovali ste niekedy vykonávať výpočty počas práce v Bash? Môžete použiť aritmetické operátory Bash. Rovnako ako u všetkého ostatného v Bash, jeho syntax sa môže zdať nejasná, ale svoju prácu zvládne.

V Bash sú aritmetické operácie uzavreté v blokoch $(()) alebo znakom dolára, za ktorým nasledujú otvorené zátvorky a uzavreté úzkymi zátvorkami. Výpočty sú podobné tým, ktoré môžete nájsť na ručnej kalkulačke alebo v tabuľkových procesoroch.

Napríklad pridať dve čísla a vytlačiť ich v termináli

echo $((2 + 2))

Povedal som ti, že je to škaredé. Číslo 4 by malo byť vytlačené na zariadení.

Podobne na odčítanie dvoch čísel;

echo $((3 - 5))

Odpoveď by bola -2. Násobenie používa operátor *:

echo $((42 * 25))

Koeficient exponentu je ** (dve hviezdičky). Môžete si to zapamätať tak, že exponenty násobia číslo samé od seba:

echo $((7**2))

Delenie používa operátor / (lomka). Delenie vráti kvocient, nie zvyšok, ktorý je daný operátorom modulo (%). Takže $((5 / 2)) vráti 2, zatiaľ čo $((5 % 2) vráti 1, čo je zvyšok po delení 5 dvomi. Nevýhodou Bashovej aritmetiky je, že vykonáva aritmetiku len na celých číslach.

Bash účty môžu byť vhodnejšie na skriptovanie, ale fungujú a sú dostupné na väčšine systémov Linux.

10. krajta

Ak vám nie je jasná aritmetika Bash, Python môže byť prijateľnejší. Nemusíte svoje výpočty začínať s $((, koniec koncov, Python sa používa oveľa jednoduchšie.

Do príkazového riadka v systéme Linux zadajte „python“. Ak máte nainštalovaný iPython, môžete ho použiť. Keď je spustený interaktívny príkazový riadok, môžete použiť štandardné operátory.

Ak chcete napríklad pridať:

2 + 2

Pre ponuku:

5 - 3

Ak chcete zasiahnuť:

123 * 456

Pre rozdelenie:

393039 / 3292

Výpočty v jazyku Python pracujú aj s desatinnými číslami, čo znamená, že môžete použiť desatinné čísla priamo.

Operátor exponentu je rovnaký ako operátor Bash:

2**8

Toto vráti číslo 256.

Matematické možnosti v interaktívnom režime Pythonu sú veľmi jednoduché a medzi programátormi Pythonu je bežné, že Python je skvelá stolná kalkulačka, ktorá je uznávaná v Oficiálny návod na kalkulačku Pythonu.

Hoci Python môžete použiť na jednoduché výpočty, jeho knižnice zvyšujú jeho výkon. Môžete použiť mnoho knižníc na spracovanie všetkého od štatistiky až po kalkul.

Tieto knižnice a jednoduchosť Pythonu z neho robia jazyk voľby pre vedu a rovnaké nástroje môžete mať priamo na svojej pracovnej ploche.

9. SageMath

Jedným z mojich obľúbených konečných matematických nástrojov je SageMath. Je navrhnutý ako riešenie s otvoreným zdrojom pre hlavné proprietárne balíky, ako sú MATLAB a Mathematica, ktoré sú široko používané v akademickej obci a priemysle. Je to užitočné, ak študujete pokročilú matematiku alebo si chcete vyskúšať výkonný aritmetický systém.

SageMath je založený na Pythone, ale používa niekoľko ďalších open source projektov a knižníc, vrátane ďalších spomenutých v tomto článku.

SageMath je systém počítačovej algebry, čo znamená, že funguje na symbolickej matematike ako ručná kalkulačka na číslach. Ak vezmete druhú odmocninu, vyhodnotí sa symbolicky:

sqrt(42)

Sage zobrazí číslo 42 vo vnútri radikálneho symbolu, pretože to nie je dokonalý štvorec. Ak vezmeme druhú odmocninu zo 180:

sqrt(180)

6 sa automaticky vylúči, pretože 6 na druhú sa rovná 36 a 36 * 5 sa rovná 180, takže symbolický výsledok je 6-násobok druhej odmocniny z 5.

Desatinnú aproximáciu podobnú tej, ktorú získate pomocou vedeckej kalkulačky, môžete získať pomocou funkcie n():

n(sqrt(180))

Môžete tiež určiť počet číslic, ktoré chcete spresniť, pomocou možnosti Číslice:

n(sqrt(180),digits=5)

Samozrejme, možno budete chcieť urobiť viac, než len vypočítať druhé odmocniny.

SageMath môžete použiť ako kalkulačku rovnako ako s Pythonom a Bashom, ale môžete tiež robiť skvelé veci, ako napríklad riešiť rovnice. Ak chcete vyriešiť 5x + 3 – 15, pomocou funkcie vyriešiť nájdite hodnotu x:

solve(5*x + 3 == 15,x)

Sig vráti odpoveď 12. Zdá sa, že uprednostňuje nesprávne zlomky.

Môžete tiež riešiť kvadratické rovnice.

solve(2*x^2 + 3*x - 5,x)

Polynómy s vyššími stupňami fungujú rovnako.

Poďme riešiť sústavu lineárnych rovníc. Môžete použiť funkciu riešiteľa, ale musíte napísať celé rovnice. Použitie poľa znižuje písanie. Tu je návod, ako to urobiť v SageMath. Náš obľúbený príklad je prvý, ktorý vidíte Stránka Wikipedia pre systémy lineárnych rovníc:

3x + 2r – z = 1

2x -2y + 4z = -2

-x + 1/2y – z = 0

Maticu koeficientov zadefinujeme pomocou príkazu matrix:

A = matrix([[3,2,-1],[2,-2,4],[-1,1/2,-1]]

Potom definujeme stĺpcový vektor:

 b = vector([1,-2,0])

Potom to vyriešime:

A.solve_right(b)

Je toho príliš veľa, čo tu nedokážem pokryť. Keďže SageMath je postavený na Pythone, môžete použiť iné knižnice Pythonu s výkonným systémom počítačovej algebry. Funkciu grafickej kalkulačky môžete získať zadarmo a na oveľa lepšej obrazovke.

8. Maxima

Maxima je ďalší systém počítačovej algebry podobný SageMath. Je založený na oveľa staršom systéme Macsyma, ktorý sa datuje do 60. rokov minulého storočia na MIT. Kým Symbolics komerčne predávala Maximu v 80. rokoch, Ministerstvo energetiky USA udelilo licenciu na pôvodnú verziu pre akademické a vládne účely.

Toto vydanie bude nakoniec sprístupnené ako open source a bude premenované na Maxima. Maxima má v akademických kruhoch obmedzenú popularitu v matematických a vedeckých výpočtoch. Dokonca aj SageMath ho používa v niektorých funkciách.

Operácie sú podobné ako v SageMath. Frázy sa končia bodkočiarkou, ktorá môže byť nepríjemná, ak ju zabudnete. Vždy si musím pamätať, že to mám dať na koniec viet.

Zobrať druhú odmocninu čísla je jednoduché:

sqrt(4);

Rovnice môžete riešiť aj pomocou Maxima, podobne ako SageMath:

solve(5*x + 3 = 15,x);

7. R

R je populárny jazyk pre štatistickú analýzu a vedu o údajoch. Aj keď existujú grafické programy podobné integrovaným vývojovým prostrediam (IDE), ktoré s ním môžete použiť, bezproblémovo funguje aj v termináli. Môžete vykonávať jednoduchú popisnú štatistiku, ako sú priemery, mediány a štandardné odchýlky, a potom prejsť na lineárne regresie a štatistické testy, ako je Studentovo t, chí-kvadrát a analýza rozptylu.

Tu je niekoľko jednoduchých popisných štatistík:

Definujme malý súbor údajov. Zoznam v R sa nazýva vektor:

a  <- c(23, 45,25)

Zoberme si priemerný vektor A:

mean(a)

Sprostredkovateľ:

median(a)

6. sc-im

sc-im Je to tabuľková aplikácia, ktorá beží v termináli. Ak ste v osemdesiatych rokoch používali Lotus 1-2-3, jeho dizajn vám môže pripadať povedomý. Je založený na originálnom sc vyvinutom Jamesom Goslingom, tvorcom Java. Jeho cieľom je pridať sadu vylepšení, podobne ako Vimov vzťah s Vi.

Pomocou sc-im sa môžete vrátiť v čase, spustiť čísla naskriptovaným spôsobom a predstaviť si seba ako obchodníka na Wall Street.

Prechádzajte cez sc-im podobne ako Vim. Ak chcete zadať číselnú hodnotu, stlačte kláves =.

Na sčítanie série buniek použite funkciu sčítania:

=sum(A0:A4)

5. pred Kr

bc Je to kalkulačka príkazového riadku, skratka pre „základná kalkulačka“. Zahŕňa všetky základné operácie očakávané v akejkoľvek jednoduchej kalkulačke, ale bez zložitosti Bash. Rovnako ako Bash, aj bc je súčasťou projektu GNU.

Na rozdiel od dc, bc funguje tradičným spôsobom kódovania prefixov. Napríklad 2 + 2 je len 2 + 2, tak sa to väčšina ľudí učí v škole.

4. dc

dc Veľmi starý unixový nástroj, ktorý je však široko dostupný aj na moderných systémoch Linux. Tento nástroj používa typ vstupu nazývaný Reverse Polish Notation alebo RPN, ktorý bol populárny na kalkulačkách HP používaných vedcami a inžiniermi v 70. a 80. rokoch.

Kľúčom k RPN je zásobník. Čísla vložíte do zásobníka ako pružinové taniere do jedálne a potom ich vytiahnete na operácie. Ak chcete vypočítať 23 + 45, umiestnite obe čísla do zásobníka a operátor „+“ ich zobrazí a vráti výsledok do zásobníka.

Takto to vyzerá v termináli.

23 45 +

Pomocou príkazu „p“ vytlačte výsledok do terminálu.

3. Vypočítajte!/Qalc

Vypočítajte! Výkonná kalkulačka známa svojimi pokročilými matematickými možnosťami má tiež verziu príkazového riadka známu ako qalc. Sú prítomné všetky štandardné operácie plus niektoré výkonné operácie podobné tým, ktoré ste videli v iných CAS programoch, vrátane kalkulu.

Páčil sa mi spôsob zobrazenia výsledkov v termináli farebne. Myslím si, že je to skvelý dotyk a výsledky vyskakujú na obrazovku.

Ak ste fanúšikom kalkulačiek, môžete si ho nastaviť do režimu RPN ako v bc. Zoznam funkcií Qalculate je snom milovníkov matematiky a vedy.

2. Oktáva GNU

GNU Octave Je to kópia MATLABu, navrhnutá pre prácu s lineárnymi algebrickými maticami a vektormi, ktoré sú široko používané vo všetkých typoch vedeckých a inžinierskych výpočtov. Môžete získať rovnakú silu bez drahých licenčných poplatkov.

Toto je rovnaký systém, ktorý sme predtým vyriešili pomocou oktávovej metódy vynásobením inverznej hodnoty matice stĺpcovým vektorom:

A = [3-2; 1-2; -2 4/1 -1] b = [2; -1; 1;] A \ b

1. Axióma

Rovnako ako Maxima, je axióma Systém počítačovej algebry s dlhou históriou. Myšlienky spoločnosti Axiom boli pôvodne vyvinuté spoločnosťou IBM v 60. rokoch 20. storočia. Bol tiež vydaný ako komerčný produkt, ktorý sa nakoniec stal open source.

Axiom spúšťa svoje príkazy v termináli a keď ho otvoríte, uvidíte pekné grafické pomocné menu zobrazujúce všetky funkcie.

Rovnako ako v prípade SageMath a Maxima môžete na svoje zariadenie použiť vedecký výpočtový výkon a zvládnuť čokoľvek od riešenia jednoduchých rovníc až po kalkuláciu a lineárnu algebru. Funkcia riešenia je podobná tomu, čo sme videli predtým.

vyriešiť(5*x + 3 = 15,x)

Existuje dobrý dôvod, prečo je Linux preferovaným operačným systémom pre vedeckú komunitu. Existuje mnoho nástrojov, ktoré umožňujú výskumníkom vykonávať svoju prácu, a pomocou týchto nástrojov a mnohých ďalších, ktoré môžete objaviť v správcovi balíkov, môžete tiež skúmať fascinujúce svety matematiky a vedy priamo z vášho terminálu.

Spoliehanie sa na linuxový terminál pri vykonávaní výpočtov nie je len časovou úsporou, ale tiež vám dáva úplnú kontrolu nad vašimi výpočtami bez potreby ďalších aplikácií. So vstavanými nástrojmi môže každý používateľ vykonávať presné výpočty rýchlo a efektívne, vďaka čomu je príkazový riadok nepostrádateľným nástrojom pri každodennej práci.