【问题标题】:Newton-Raphson method using the Math.Commons library使用 Math.Commons 库的 Newton-Raphson 方法
【发布时间】:2015-12-06 06:56:21
【问题描述】:

我做了一个测试程序,通过Apache Commons Math 库尝试NewtonRaphsonSolver 类。牛顿法用于为给定函数求根。

我写的测试程序引用了 cos(x) 函数(我有一个更难分析的函数,我先看看 cos(x) 函数)。

测试程序的代码是

import org.apache.commons.math3.analysis.differentiation.DerivativeStructure;
import org.apache.commons.math3.analysis.differentiation.UnivariateDifferentiableFunction;
import org.apache.commons.math3.analysis.solvers.*;
import org.apache.commons.math3.exception.DimensionMismatchException;

public class Test3 {

    public static void main(String args[]) {
        NewtonRaphsonSolver test = new NewtonRaphsonSolver();
        UnivariateDifferentiableFunction f = new UnivariateDifferentiableFunction() {

            public double value(double x) {
                return Math.cos(x);
            }

            @Override
            public DerivativeStructure value(DerivativeStructure t) throws DimensionMismatchException {
                return t.cos();
            }
        };

        for (int i = 1; i <= 500; i++) {
            System.out.println(test.solve(1000, f, i, i+0.1));
        }
    }
}

不确定是否需要引用 Math.cos(x) 和 t.cos() 两次

public double value(double x) {
                return Math.cos(x);
            }

            @Override
            public DerivativeStructure value(DerivativeStructure t) throws DimensionMismatchException {
                return t.cos();
            }

牛顿的方法找到所有的零并将它们显示给用户。

1.5707963267948966
1.5707963267948966
-7.853981633974483
4.71238898038469
4.71238898038469
1.5707963267948966
7.853981633974483
7.853981633974483
10.995574287564276
10.995574287564276
10.995574287564276
10.995574287564276
14.137166941154069
14.137166941154069
14.137166941154069
127.23450247038663
17.278759594743864
17.278759594743864
23.56194490192345
20.420352248333657
20.420352248333657
39.269908169872416
23.56194490192345
23.56194490192345
14.137166941154069
26.703537555513243
26.703537555513243
23.56194490192345
29.845130209103036
29.845130209103036
26.703537555513243
32.98672286269283
32.98672286269283
32.98672286269283
36.12831551628262
36.12831551628262
36.12831551628262
23.56194490192345
39.269908169872416
39.269908169872416
45.553093477052
42.411500823462205
42.411500823462205

有没有办法防止打印出重复的零?例如,上面的输出将显示为

1.5707963267948966
4.71238898038469
7.853981633974483
10.995574287564276
14.137166941154069
17.278759594743864
20.420352248333657
23.56194490192345
26.703537555513243
29.845130209103036
32.98672286269283
36.12831551628262
39.269908169872416
42.411500823462205
45.553093477052

这可以在 for 循环内或通过仅打印出不重复值的数组来完成吗?

【问题讨论】:

    标签: java apache-commons newtons-method apache-commons-math


    【解决方案1】:

    第一个问题是,什么是相同的零。我会上课:

    class SolutionForZero{
        public final double value;
        final int hash;
        static double tolerance = 1e-6;
        public SolutionForZero(double value){
            this.value = value;
            hash = 1;
        }
        public boolean equals(Object other){
            if( other instanceof SolutionForZero ){
               double v = value - other.value;
               return (v < 0) ? (-v > tolerance) : (v > tolerance);
            }
            return false;
        }
        public int hashCode(){
            return hash;
        }
    }
    

    这个类将比较双打。要使用这个类:

    Set<SolutionForZero> resultSet = new HashSet<>();
    for(double d: yourAnswers){
        if(resultSet.add(new SolutionForZero(d))){
            System.out.println("'unique' zero at: " + d);
        };
    }
    

    现在您的结果集将只包含至少相距容差的值。

    哈希码有点棘手。只要公差小于 1.0,我提供的方式就可以工作。我会很感激改进。

    【讨论】:

    • public final double 值和 final int hash 没有被编译,因为它们没有被初始化。
    • @Axion004 它们在构造函数中设置。
    • @Axion,我把构造函数命名错了。对此感到抱歉。
    • 您的班级SolutionForZero 不尊重 hashCode/equals 合同:在您的班级中,具有不同哈希值的两个值可以相等。将相似的值捆绑在一起达到一个容差比这要复杂一些,您应该使用聚类算法。
    • @matt 1.999999999 和 2.000000001。第一个将哈希为 0,第二个哈希为 1,但两个值都是“等于”。
    【解决方案2】:
    import java.util.TreeSet;
    import org.apache.commons.math3.analysis.differentiation.DerivativeStructure;
    import org.apache.commons.math3.analysis.differentiation.UnivariateDifferentiableFunction;
    import org.apache.commons.math3.analysis.solvers.*;
    import org.apache.commons.math3.exception.DimensionMismatchException;
    
    public class Test5 {
    
        public static void main(String args[]) {
            NewtonRaphsonSolver test = new NewtonRaphsonSolver(1E-10);
    
            UnivariateDifferentiableFunction f = new UnivariateDifferentiableFunction() {
    
                public double value(double x) {
                    return Math.sin(x);
                }
    
                public DerivativeStructure value(DerivativeStructure t) throws
                        DimensionMismatchException {
                    return t.sin();
                }
            };
    
            double EPSILON = 1e-6;
            TreeSet<Double> set = new TreeSet<>();
            for (int i = 1; i <= 5000; i++) {
                set.add(test.solve(1000, f, i, i + EPSILON));
            }
            for (Double s : set) {
                if (s > 0) {
                    System.out.println(s);
                }
            }
        }
    }
    

    【讨论】:

    • 这种方法可以用于求解非线性方程组吗?
    • 我想是的,我需要找到我的旧程序。
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