Linux下的数学工具Maxima 简明教程(上)

    这个Blog里曾经多次提到过超强数学软件Mathematica,但目前为止我还没发现它的Linux版,Wine似乎也没有用。其实,在Linux下也有很多类似于Mathematica的数学软件,其中Maxima是我用的最多的一个。这里简单介绍一下Maxima的各个函数供大家参考,也方便我自己今后查询。

安装:sudo apt-get install maxima maxima-share
运行:maxima
退出:quit();

基本运算
(%i1) 2+3;
(%o1)                                  5
(%i2) 5*6;
(%o2)                                 30
(%i3) %+2;
(%o3)                                 32
(%i4) %o1*%o3;
(%o4)                                 160
(%i5) 4/7+3/4;
                                      37
(%o5)                                 --
                                      28
(%i6) float(%);
(%o6)                          1.321428571428571
(%i7) 2^32;
(%o7)                             4294967296
(%i8) 30!;
(%o8)                  265252859812191058636308480000000
(%i9) float(sqrt(2));
(%o9)                          1.414213562373095

三角函数和对数函数
(%i1) float(sin(1));
(%o1)                           0.8414709848079
(%i2) sin(%pi/2);
(%o2)                                  1
(%i3) sin(%pi/2)+cos(%pi/3);
                                       3
(%o3)                                  -
                                       2
(%i4) float(sec(%pi/3)+csc(%pi/3));
(%o4)                          3.154700538379252
(%i5) log(1);
(%o5)                                  0
(%i6) float(log(10));
(%o6)                          2.302585092994046
(%i7) log(%e);
(%o7)                                  1
(%i8) log(2^a);
(%o8)                              log(2) a
(%i9) %e^log(2);
(%o9)                                 2

变量操作
(%i1) a^2-b^2;
                                     2    2
(%o1)                               a  - b
(%i2) a:3;
(%o2)                                  3
(%i3) a^2-b^2;
                                         2
(%o3)                               9 - b
(%i4) b:2;
(%o4)                                  2
(%i5) a^2-b^2;
(%o5)                                  5
(%i6) kill(a);
(%o6)                                done
(%i7) kill(b);
(%o7)                                done
(%i8) a^2-b^2;
                                     2    2
(%o8)                      &nb
sp;        a  - b

函数操作
(%i1) f(x):=x^2-1;
                                         2
(%o1)                           f(x) := x  - 1
(%i2) f(2);
(%o2)                                  3
(%i3) f(100);
(%o3)                                9999
(%i4) float(f(2/3));
(%o4)                         - 0.55555555555556
(%i5) a:4/5;
                                       4
(%o5)                                  -
                                       5
(%i6) f(a);
                                       9
(%o6)                                - --
                                       25

多项式运算(展开、合并、化简和消元)
(%i1) expand((a+b)^3);
                            3        2      2      3
(%o1)                      b  + 3 a b  + 3 a  b + a
(%i2) factor(a^2-b^2);
(%o2)                          - (b - a) (b + a)
(%i3) ratsimp((x^2-1)/(x+1));
(%o3)                                x - 1
(%i4) eliminate([x^2+x*y+z=0,3*x+5*y+z=0,x-y-2*z^2=1],[y,z]);
                             4      3       2
(%o4)               [- x (8 x  - 2 x  + 19 x  - 50 x + 25)]

解方程
(%i1) solve(x^2-3*x+4/x=5,x);
                         sqrt(5) + 1      sqrt(5) - 1
(%o1)             [x = - -----------, x = -----------, x = 4]
                              2                2
(%i2) funcsolve(f(n)*(n+1)+2*n=1-f(n)/n,f(n));
                                      n (2 n - 1)
(%o2)                        f(n) = - -----------
                                       2
                                      n  + n + 1
(%i3) solve([x+3*y=10,1/x+x*y=4],[x,y]);
                              sqrt(69) - 9      4 sqrt(3) sqrt(23) - 34
(%o3) [[x = 1, y = 3], [x = - ------------, y = -----------------------],
                                   2            9 sqrt(3) sqrt(23) - 75
                                    sqrt(69) + 9      4 sqrt(3) sqrt(23) + 34
                               [x = ------------, y = -----------------------]]
                                         2            9 sqrt(3) sqrt(23) + 75
(%i4) solve(x^2+b*x+c=0,x);
                           2                       2
                     sqrt(b  - 4 c) + b      sqrt(b  - 4 c) - b
(%o4)         [x = - ------------------, x = ------------------]
                      &nbs
p;      2                       2
(%i5) find_root(x^x=2,x,1,2);
(%o5)                          1.559610469462369
(%i6) find_root(sin(x)=x/2,x,0.1,%pi);
(%o6)                          1.895494267033981

数论相关
(%i1) mod(100,7);
(%o1)                                  2
(%i2) primep(3214567);
(%o2)                                true
(%i3) next_prime(200);
(%o3)                                 211
(%i4) factor(1001);
(%o4)                               7 11 13
(%i5) factor(30!);
                        26  14  7  4   2   2
(%o5)                  2   3   5  7  11  13  17 19 23 29
(%i6) gcd(200,780);
(%o6)                                 20
(%i7) binomial(7,4);
(%o7)                                 35
(%i8) fib(7);
(%o8)                                 13

画函数图像
(%i1) plot2d(x^3+2*x^2-3,[x,-2,2]);
*** X11 output driver not found, switching to dumb terminal!
*** If you want to use the X11 output, please install the gnuplot-x11 package

  14 ++-------+--------+--------+--------+-------+--------+--------+-------++
     +        +        +        +        +       +       x^3+2*x^2-3 $$$$$$ $
  12 ++                                                                    $+
     |                                                                    $ |
  10 ++                                                                  $ ++
     |                                                                  $   |
     |                                                                  $   |
   8 ++                                                                $   ++
     |                                                                $     |
   6 ++                                                             $$     ++
     |                                                             $$       |
   4 ++                                                          $$        ++
     |                                                          $$          |
   2 ++   
                                                     $$          ++
     |                                                      $$$             |
     |                                                     $$               |
   0 ++                                                 $$$                ++
     |                                               $$$$                   |
  -2 ++$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$               $$$$$                      ++
     $$       +        +        $$$$$$$$$$$$$$$$ +        +        +        +
  -4 ++-------+--------+--------+--------+-------+--------+--------+-------++
    -2      -1.5      -1      -0.5       0      0.5       1       1.5       2

(%o1)

你可以通过安装gnuplot-x11让maxima在X上画图,安装方法是:
sudo apt-get install gnuplot-x11
maxima也可以画3D图像,比如执行下面代码可以画出sin(x)cos(y)的图像,我就不贴图了,大家自己试试。
plot3d(sin(x)*cos(y),[x,-2,2],[y,-2,2]);

做人要厚道
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C语言速成手册(零):序言、环境、你的第一个程序

本文目的:介绍C语言最基本的用法,能对付NOIp就行
本文特点:没有废话,不讲概念,只介绍语法
适宜读者:已经学过其它语言,希望学习C语言的人;特别适合熟练Pascal并想转用C语言的OIer
编程环境:就我个人而言,Windows下用Dev-C++,Linux下用Emacs

目录:
C语言速成手册(一):基本数据类型、标准输出、函数
C语言速成手册(二):布尔值、条件判断、循环
C语言速成手册(三):数组、字符串、结构
C语言速成手册(四):指针、动态内存分配、标准输入
C语言速成手册(五):其它运算符、文件操作、其它函数
C语言速成手册(六):其它问题、后记

A+B问题代码:
#include <stdio.h>
int main()
{
  int a, b;
  scanf("%d%d", &a, &b);
  printf("%d", a+b);
  return 0;
}

使用Dev-C++编译你的第一个程序
    1. 安装最新版的Dev-C++,运行Dev-C++后按快捷键Ctrl+N建新文件,

    2. 将上面的A+B代码粘贴进去;

    3. 按Ctrl+S保存文件,文件类型选择C源码。如图,点击保存后F盘里将产生AplusB.c文件。.c是C源代码的后缀名。

    4. 按Ctrl+F9编译;

    5. Ctrl+F5在当前位置设断点,F8进入调试状态,F7单步。

    你也可以直接在下面的Debug工具栏里进行操作。只需要把鼠标移到源码中的变量名上停留片刻就可以Watch该变量。

OIer好帮手:graphviz功能演示

    原来我经常在想,要是有软件能帮我把图论题的数据画出来就好了。后来我想到一个制作这种软件的方法,就是把所有的点的位置设定为圆周上的等分点,这样可以最大限度的保证图象不致于太乱。我没想到居然有程序可以智能地决定哪个点、哪条边放在哪里更好看。
    我在OIBH的这个帖子里找到了这个好东西,它可以帮助OIer将大规模的图论题数据转化为图便于观察。今天我又用到了几次,突然想到把它介绍在我的Blog上。
    graphviz的主页设在http://www.graphviz.org,你可以在这里下载到最新的Windows版本,目前最新版本的安装程序为graphviz-2.12.exe。安装后你可以在dos下(任何目录中)调用它的命令行模式。
    这里,我们使用dot语言。官方网站上有关于dot语言的详细的用户手册,这里我只把常用的一些功能做一下演示。你可以在这篇日志的三个截图中掌握足够的知识来应用graphviz。
    先说明一下最顶上的Hello World程序。dot是程序名,参数-Tgif表示以gif格式输出,参数-O表示输出文件的方式设为默认(在当前目录下输出名为noname的文件,其后缀名与参数-T???所设定的类型相同)。下面一行输入的是graphviz所用的dot语言,digraph G表示有向图,花括号里描述图的内容。这样就生成了一个最简单的图。

    下面一个例子说明了如何输出一个边上有权值的无向图。这是OIer经常要用的东西。size=4,4指定了图的大小,单位为英寸。如果没有这一句的话,默认的图要大得多。你可以另外写一个程序把你的数据按图中的格式转化为dot代码。虽然graphviz可以从外部文件中读入这段代码,但我觉得粘贴进dos窗口更方便一些。

        

    下面这个例子包含更多的参数,展示了graphviz更多的功能。输出为ps文件更好看一些,因为输出ps文件可以反锯齿(应该是矢量的)。