Doxygen generated by local qwen3-coder-next

This commit is contained in:
2026-02-28 18:32:00 +03:00
parent 0878891cd8
commit 6ed7befa47
12 changed files with 1696 additions and 487 deletions

View File

@@ -1,12 +1,14 @@
//! \addtogroup Math
//! \{
//! \file pievaluator.h
//! \brief
//! \~english Mathematic expressions calculator
//! \~russian Вычислитель математических выражений
//! \brief Mathematical expressions evaluator
//! \~english Mathematical expressions evaluator for parsing and calculating math expressions
//! \~russian Вычислитель математических выражений для разбора и вычисления математических выражений
//! \details
//! \~english Evaluator for parsing and calculating mathematical expressions
//! \~russian Вычислитель для разбора и вычисления математических выражений
//! \~english PIEvaluator provides functionality to parse and evaluate mathematical expressions. It supports variables, functions (both
//! built-in and custom), and various operators including arithmetic, comparison, and logical operations.
//! \~russian PIEvaluator предоставляет функциональность для разбора и вычисления математических выражений. Поддерживаются переменные,
//! функции (как встроенные, так и пользовательские), а также различные операторы: арифметические, сравнения и логические.
//! \}
/*
PIP - Platform Independent Primitives
@@ -36,146 +38,292 @@
namespace PIEvaluatorTypes {
//! \~english Handler function type for custom functions
//! \~russian Тип обработчика для пользовательских функций
typedef std::function<complexd(void *, int, complexd *)> FuncHanlder;
//! \~english Type of evaluator element
//! \~russian Тип элемента вычислителя
enum eType {
etNumber,
etOperator,
etVariable,
etFunction
};
enum Operation {
oNone,
oAdd,
oSubtract,
oMultiply,
oDivide,
oResidue,
oPower,
oEqual,
oNotEqual,
oGreater,
oSmaller,
oGreaterEqual,
oSmallerEqual,
oAnd,
oOr,
oFunction
};
enum BaseFunctions {
bfUnknown,
bfSin,
bfCos,
bfTg,
bfCtg,
bfArcsin,
bfArccos,
bfArctg,
bfArcctg,
bfExp,
bfRandom,
bfRandomn,
bfSh,
bfCh,
bfTh,
bfCth,
bfSqrt,
bfSqr,
bfPow,
bfAbs,
bfLn,
bfLg,
bfLog,
bfSign,
bfIm,
bfRe,
bfArg,
bfLen,
bfConj,
bfRad,
bfDeg,
bfJ0,
bfJ1,
bfJN,
bfY0,
bfY1,
bfYN,
bfMin,
bfMax,
bfClamp,
bfStep,
bfMix,
bfDefined,
bfRound,
bfCustom = 0xFFFF
etNumber, //! \~english Number value
//! \~russian Числовое значение
etOperator, //! \~english Operator symbol
//! \~russian Символ оператора
etVariable, //! \~english Variable reference
//! \~russian Ссылка на переменную
etFunction //! \~english Function call
//! \~russian Вызов функции
};
//! \~english Operation types supported by evaluator
//! \~russian Типы операций, поддерживаемые вычислителем
enum Operation {
oNone, //! \~english No operation
//! \~russian Нет операции
oAdd, //! \~english Addition operator (+)
//! \~russian Оператор сложения (+)
oSubtract, //! \~english Subtraction operator (-)
//! \~russian Оператор вычитания (-)
oMultiply, //! \~english Multiplication operator (*)
//! \~russian Оператор умножения (*)
oDivide, //! \~english Division operator (/)
//! \~russian Оператор деления (/)
oResidue, //! \~english Residue operator
//! \~russian Оператор остатка
oPower, //! \~english Power operator (^)
//! \~russian Оператор возведения в степень (^)
oEqual, //! \~english Equal comparison operator (=)
//! \~russian Оператор равенства (=)
oNotEqual, //! \~english Not equal comparison operator (<>)
//! \~russian Оператор неравенства (<>)
oGreater, //! \~english Greater than comparison operator (>)
//! \~russian Оператор больше (>)
oSmaller, //! \~english Smaller than comparison operator (<)
//! \~russian Оператор меньше (<)
oGreaterEqual, //! \~english Greater or equal comparison operator (>=)
//! \~russian Оператор больше или равно (>=)
oSmallerEqual, //! \~english Smaller or equal comparison operator (<=)
//! \~russian Оператор меньше или равно (<=)
oAnd, //! \~english Logical AND operator
//! \~russian Логический оператор И
oOr, //! \~english Logical OR operator
//! \~russian Логический оператор ИЛИ
oFunction //! \~english Function call
//! \~russian Вызов функции
};
//! \~english Built-in base functions supported by evaluator
//! \~russian Встроенные базовые функции, поддерживаемые вычислителем
enum BaseFunctions {
bfUnknown, //! \~english Unknown function
//! \~russian Неизвестная функция
bfSin, //! \~english Sine function
//! \~russian Синус
bfCos, //! \~english Cosine function
//! \~russian Косинус
bfTg, //! \~english Tangent function
//! \~russian Тангенс
bfCtg, //! \~english Cotangent function
//! \~russian Котангенс
bfArcsin, //! \~english Arcsine function
//! \~russian Арксинус
bfArccos, //! \~english Arccosine function
//! \~russian Арккосинус
bfArctg, //! \~english Arctangent function
//! \~russian Арктангенс
bfArcctg, //! \~english Arccotangent function
//! \~russian Арккотангенс
bfExp, //! \~english Exponential function (e^x)
//! \~russian Экспонента (e^x)
bfRandom, //! \~english Random number generator [0,1]
//! \~russian Генератор случайных чисел [0,1]
bfRandomn, //! \~english Normal distribution random number
//! \~russian Случайное число с нормальным распределением
bfSh, //! \~english Hyperbolic sine
//! \~russian Гиперболический синус
bfCh, //! \~english Hyperbolic cosine
//! \~russian Гиперболический косинус
bfTh, //! \~english Hyperbolic tangent
//! \~russian Гиперболический тангенс
bfCth, //! \~english Hyperbolic cotangent
//! \~russian Гиперболический котангенс
bfSqrt, //! \~english Square root
//! \~russian Квадратный корень
bfSqr, //! \~english Square function (x^2)
//! \~russian Возведение в квадрат (x^2)
bfPow, //! \~english Power function
//! \~russian Возведение в степень
bfAbs, //! \~english Absolute value
//! \~russian Модуль (абсолютное значение)
bfLn, //! \~english Natural logarithm
//! \~russian Натуральный логарифм
bfLg, //! \~english Base-10 logarithm
//! \~russian Десятичный логарифм
bfLog, //! \~english Base-N logarithm
//! \~russian Логарифм по основанию N
bfSign, //! \~english Sign function
//! \~russian Знак числа
bfIm, //! \~english Imaginary part of complex number
//! \~russian Мнимая часть комплексного числа
bfRe, //! \~english Real part of complex number
//! \~russian Действительная часть комплексного числа
bfArg, //! \~english Argument (phase) of complex number
//! \~russian Аргумент (фаза) комплексного числа
bfLen, //! \~english Length (magnitude) of complex number
//! \~russian Модуль (длина) комплексного числа
bfConj, //! \~english Complex conjugate
//! \~russian Комплексно-сопряженное
bfRad, //! \~english Convert degrees to radians
//! \~russian Перевод градусов в радианы
bfDeg, //! \~english Convert radians to degrees
//! \~russian Перевод радианов в градусы
bfJ0, //! \~english Bessel function J0
//! \~russian Функция Бесселя J0
bfJ1, //! \~english Bessel function J1
//! \~russian Функция Бесселя J1
bfJN, //! \~english Bessel function Jn
//! \~russian Функция Бесселя Jn
bfY0, //! \~english Bessel function Y0
//! \~russian Функция Бесселя Y0
bfY1, //! \~english Bessel function Y1
//! \~russian Функция Бесселя Y1
bfYN, //! \~english Bessel function Yn
//! \~russian Функция Бесселя Yn
bfMin, //! \~english Minimum of two values
//! \~russian Минимум из двух значений
bfMax, //! \~english Maximum of two values
//! \~russian Максимум из двух значений
bfClamp, //! \~english Clamp value to range
//! \~russian Ограничение значения диапазоном
bfStep, //! \~english Step function
//! \~russian Ступенчатая функция
bfMix, //! \~english Mix/interpolation function
//! \~russian Смешивание/интерполяция
bfDefined, //! \~english Check if variable is defined
//! \~russian Проверка определена ли переменная
bfRound, //! \~english Round to nearest integer
//! \~russian Округление до ближайшего целого
bfCustom = 0xFFFF //! \~english Custom user-defined function
//! \~russian Пользовательская функция
};
//! \~english Instruction for evaluator - contains operation, output index, function index and operator indices
//! \~russian Инструкция для вычислителя - содержит операцию, индекс вывода, индекс функции и индексы операторов
struct PIP_EXPORT Instruction {
//! \~english Constructs empty instruction with default values
//! \~russian Создает пустую инструкцию со значениями по умолчанию
Instruction() {
out = -1;
function = -1;
operation = oNone;
}
//! \~english Constructs instruction with operation, operators, output index and optional function index
//! \~russian Создает инструкцию с указанной операцией, операторами, индексом вывода и опционально индексом функции
Instruction(Operation oper, PIVector<short> opers, short out_ind, short func = -1) {
operation = oper;
operators = opers;
out = out_ind;
function = func;
}
//! \~english Operation to perform
//! \~russian Операция для выполнения
Operation operation;
//! \~english Output variable index
//! \~russian Индекс переменной вывода
short out;
//! \~english Function index (if operation is function call)
//! \~russian Индекс функции (если операция - вызов функции)
short function;
//! \~english Input operator indices
//! \~russian Индексы входных операторов
PIVector<short> operators;
};
//! \~english Evaluator element representing a number, variable, operator or function
//! \~russian Элемент вычислителя, представляющий число, переменную, оператор или функцию
struct PIP_EXPORT Element {
//! \~english Constructs empty element (number type with value 0)
//! \~russian Создает пустой элемент (тип число со значением 0)
Element() {
num = 0;
var_num = -1;
type = etNumber;
}
//! \~english Constructs element with specified type and numeric/variable indices
//! \~russian Создает элемент с указанным типом и числовыми/переменными индексами
Element(eType new_type, short new_num, short new_var_num = -1) { set(new_type, new_num, new_var_num); }
//! \~english Sets element type and numeric/variable indices
//! \~russian Устанавливает тип элемента и числовые/переменные индексы
void set(eType new_type, short new_num, short new_var_num = -1) {
type = new_type;
num = new_num;
var_num = new_var_num;
}
//! \~english Element type (number, operator, variable or function)
//! \~russian Тип элемента (число, оператор, переменная или функция)
eType type;
//! Numeric value or operator index
//! \~english Numeric value or operator index
//! \~russian Числовое значение или индекс оператора
short num;
//! Variable index (for variables)
//! \~english Variable index (for variables)
//! \~russian Индекс переменной (для переменных)
short var_num;
};
//! \~english Function definition with name, type and handler
//! \~russian Определение функции с именем, типом и обработчиком
struct PIP_EXPORT Function {
//! \~english Constructs unknown function with 0 arguments
//! \~russian Создает неизвестную функцию с 0 аргументами
Function() {
arguments = 0;
type = bfUnknown;
handler = nullptr;
}
//! \~english Constructs built-in function with name, argument count and base function type
//! \~russian Создает встроенную функцию с именем, количеством аргументов и типом базовой функции
Function(const PIString & name, short args, BaseFunctions ftype) {
identifier = name;
arguments = args;
type = ftype;
handler = nullptr;
}
//! \~english Constructs custom function with name, argument count and handler function
//! \~russian Создает пользовательскую функцию с именем, количеством аргументов и обработчиком
Function(const PIString & name, short args, FuncHanlder h) {
identifier = name;
arguments = args;
type = bfCustom;
handler = h;
}
//! \~english Function identifier (name)
//! \~russian Идентификатор функции (имя)
PIString identifier;
//! \~english Function type (built-in or custom)
//! \~russian Тип функции (встроенная или пользовательская)
BaseFunctions type;
//! \~english Handler function for custom functions
//! \~russian Обработчик для пользовательских функций
FuncHanlder handler;
//! \~english Number of arguments
//! \~russian Количество аргументов
short arguments;
};
//! \~english Variable definition with name and value
//! \~russian Определение переменной с именем и значением
struct PIP_EXPORT Variable {
//! \~english Constructs variable with value 0
//! \~russian Создает переменную со значением 0
Variable() { value = 0.; }
//! \~english Constructs variable with name and value
//! \~russian Создает переменную с именем и значением
Variable(const PIString & var_name, complexd val) {
name = var_name;
value = val;
}
//! \~english Variable name
//! \~russian Имя переменной
PIString name;
//! \~english Variable value
//! \~russian Значение переменной
complexd value;
};
} // namespace PIEvaluatorTypes
//! \~english Evaluator types namespace containing enums, structs and types for PIEvaluator
//! \~russian Пространство имен типов вычислителя, содержащее перечисления, структуры и типы для PIEvaluator
/*
≠ :
≥ }
@@ -185,69 +333,103 @@ struct PIP_EXPORT Variable {
*/
//! Content container for variables and functions
//! \~\english Container for variables and functions of the evaluator
//! \~english Container for variables and functions of the evaluator
//! \~russian Контейнер для переменных и функций вычислителя
//! \details
//! \~english PIEvaluatorContent manages variables and functions for the evaluator. It provides methods to add, find,
//! and retrieve functions and variables.
//! \~russian PIEvaluatorContent управляет переменными и функциями вычислителя. Он предоставляет методы для добавления,
//! поиска и получения функций и переменных.
class PIP_EXPORT PIEvaluatorContent {
friend class PIEvaluator;
BINARY_STREAM_FRIEND(PIEvaluatorContent);
public:
//! Constructs an empty evaluator content
//! \~english Constructs an empty evaluator content
//! \~russian Создает пустой контент вычислителя
PIEvaluatorContent();
~PIEvaluatorContent() { ; }
//! Add function with specified name and argument count
//! \~english Add function with name and default 1 argument
//! \~russian Добавить функцию с указанным именем и количеством аргументов (по умолчанию 1)
void addFunction(const PIString & name, int args = 1);
//! Add variable with specified name and value
//! \~english Add variable with name and optional value, returns variable index
//! \~russian Добавить переменную с указанным именем и значением, возвращает индекс переменной
int addVariable(const PIString & name, const complexd & val = 0.);
//! Add custom function with handler
//! \~english Add custom function with name, argument count and handler function
//! \~russian Добавить пользовательскую функцию с обработчиком
void addCustomFunction(const PIString & name, int args_count, PIEvaluatorTypes::FuncHanlder func);
//! Get number of functions
//! \~english Returns number of registered functions
//! \~russian Возвращает количество зарегистрированных функций
int functionsCount() const { return functions.size(); }
//! Get number of variables
//! \~english Returns number of registered variables
//! \~russian Возвращает количество зарегистрированных переменных
int variablesCount() const { return variables.size(); }
//! Get number of custom variables
//! \~english Returns number of custom variables
//! \~russian Возвращает количество пользовательских переменных
int customVariablesCount() const;
//! Find function index by name
//! \~english Finds function index by name, returns -1 if not found
//! \~russian Находит индекс функции по имени, возвращает -1 если не найдена
int findFunction(const PIString & name) const;
//! Find variable index by name
//! \~english Finds variable index by name, returns -1 if not found
//! \~russian Находит индекс переменной по имени, возвращает -1 если не найдена
int findVariable(const PIString & var_name) const;
//! Get function by index
//! \~english Returns function by index
//! \~russian Возвращает функцию по индексу
PIEvaluatorTypes::Function function(int index);
//! Get variable by index
//! \~english Returns variable by index
//! \~russian Возвращает переменную по индексу
PIEvaluatorTypes::Variable variable(int index);
//! Get function by name
//! \~english Returns function by name, convenience wrapper
//! \~russian Возвращает функцию по имени, удобная обертка
PIEvaluatorTypes::Function function(const PIString & name) { return function(findFunction(name)); }
//! Get variable by name
//! \~english Returns variable by name, convenience wrapper
//! \~russian Возвращает переменную по имени, удобная обертка
PIEvaluatorTypes::Variable variable(const PIString & name) { return variable(findVariable(name)); }
//! Get custom variable by index
//! \~english Returns custom variable by index
//! \~russian Возвращает пользовательскую переменную по индексу
PIEvaluatorTypes::Variable customVariable(int index);
//! Set variable value by index
//! \~english Set variable value by index, returns true on success
//! \~russian Установить значение переменной по индексу, возвращает true при успехе
bool setVariableValue(int index, complexd new_value);
//! Set variable value by name
//! \~english Set variable value by name, returns true on success
//! \~russian Установить значение переменной по имени, возвращает true при успехе
bool setVariableValue(const PIString & var_name, const complexd & new_value) {
return setVariableValue(findVariable(var_name), new_value);
}
//! Set variable name by index
//! \~english Set variable name by index
//! \~russian Установить имя переменной по индексу
bool setVariableName(int index, const PIString & new_name);
//! Set variable name by name
bool setVariableName(const PIString & var_name, const PIString & new_name) { return setVariableName(findVariable(var_name), new_name); }
//! Clear all custom variables
//! \~english Set variable name by name, convenience wrapper
//! \~russian Установить имя переменной по имени, удобная обертка
bool setVariableName(const PIString & var_name, const PIString & new_name) {
return setVariableName(findVariable(var_name), new_name);
}
//! \~english Clears all custom variables
//! \~russian Очищает все пользовательские переменные
void clearCustomVariables();
//! Get base function type by name
//! \~english Returns base function type by name
//! \~russian Возвращает тип базовой функции по имени
PIEvaluatorTypes::BaseFunctions getBaseFunction(const PIString & name);
//! Dump content to console for debugging
//! \~english Print all functions and variables to console
//! \~russian Вывести все функции и переменные в консоль
void dump();
@@ -260,11 +442,17 @@ private:
//! Main evaluator class for parsing and calculating mathematical expressions
//! \~\english Main class for parsing and evaluating mathematical expressions
//! \~english Main class for parsing and evaluating mathematical expressions
//! \~russian Главный класс для разбора и вычисления математических выражений
//! \details
//! \~english PIEvaluator provides functionality to parse and evaluate mathematical expressions. It supports variables, functions (both
//! built-in and custom), and various operators including arithmetic, comparison, and logical operations.
//! \~russian PIEvaluator предоставляет функциональность для разбора и вычисления математических выражений. Поддерживаются переменные,
//! функции (как встроенные, так и пользовательские), а также различные операторы: арифметические, сравнения и логические.
class PIP_EXPORT PIEvaluator {
public:
//! Constructs an empty evaluator
//! \~english Constructs an empty evaluator
//! \~russian Создает пустой вычислитель
PIEvaluator() {
correct = false;
data_ = 0;
@@ -273,53 +461,68 @@ public:
~PIEvaluator() { ; }
//! Returns custom data
//! \~english Returns custom data pointer
//! \~russian Возвращает указатель на пользовательские данные
void * data() { return data_; }
//! Set custom data to "_data"
//! \~english Sets custom data pointer to "_data"
//! \~russian Устанавливает указатель на пользовательские данные в "_data"
void setData(void * _data) { data_ = _data; }
//! Check mathematical expression and parse it to list of instructions
//! \~english Checks mathematical expression and parses it to list of instructions
//! \~russian Проверяет математическое выражение и разбирает его в список инструкций
bool check(const PIString & string);
//! Returns true if expression was checked succesfully
//! \~english Returns true if expression was checked successfully
//! \~russian Возвращает true если выражение было успешно проверено
bool isCorrect() const { return correct; }
//! Set variable value with name "name" to value "value". Add variable if it doesn`t exists
//! \~english Set variable value by name, adds variable if it does not exist, returns variable index
//! \~russian Устанавливает значение переменной по имени, добавляет переменную если она не существует, возвращает индекс переменной
int setVariable(const PIString & name, complexd value = complexd(0.));
//! Set variable value with index "index" to value "value". Don`t add variable if it doesn`t exists
//! \~english Set variable value by index, does not add variable if it does not exist
//! \~russian Устанавливает значение переменной по индексу, не добавляет переменную если она не существует
void setVariable(int index, complexd value = 0.);
//! Evaluate last successfully checked with function \a check() expression and returns result
//! \~english Evaluates the last successfully checked expression and returns result
//! \~russian Вычисляет последнее успешно проверенное выражение и возвращает результат
complexd evaluate();
//! Remove all manually added variables
//! \~english Removes all manually added variables
//! \~russian Удаляет все вручную добавленные переменные
void clearCustomVariables() { content.clearCustomVariables(); }
//! Returns index of variable with name "name"
//! \~english Returns index of variable by name
//! \~russian Возвращает индекс переменной по имени
int variableIndex(const PIString & name) const { return content.findVariable(name); }
//! Returns all unknown variables founded in last expression passed to \a check() function
//! \~english Returns list of unknown variables found in the last expression passed to check()
//! \~russian Возвращает список неизвестных переменных, найденных в последнем выражении, переданном в check()
const PIStringList & unknownVariables() const { return unknownVars; }
//! Returns all used variables founded in last expression passed to \a check() function
//! \~english Returns list of used variables found in the last expression passed to check()
//! \~russian Возвращает список используемых переменных, найденных в последнем выражении, переданном в check()
const PIStringList & usedVariables() const { return usedVars; }
//! Returns processed last expression passed to \a check() function
//! \~english Returns the last expression passed to check()
//! \~russian Возвращает последнее выражение, переданное в check()
const PIString & expression() const { return currentString; }
//! Returns last error description occured in \a check() function
//! \~english Returns last error description from check() function
//! \~russian Возвращает описание последней ошибки из функции check()
const PIString & error() const { return lastError; }
//! Returns last result of \a evaluate()
//! \~english Returns last result of evaluate()
//! \~russian Возвращает последний результат evaluate()
const complexd & lastResult() const { return out; }
//! Save to %PIByteArray evaluator state (expression, variables, errors, compiled instructions)
//! \~english Saves evaluator state to PIByteArray (expression, variables, errors, compiled instructions)
//! \~russian Сохраняет состояние вычислителя в PIByteArray (выражение, переменные, ошибки, скомпилированные инструкции)
PIByteArray save() const;
//! Restore from %PIByteArray evaluator state (expression, variables, errors, compiled instructions)
//! \~english Restores evaluator state from PIByteArray (expression, variables, errors, compiled instructions)
//! \~russian Восстанавливает состояние вычислителя из PIByteArray (выражение, переменные, ошибки, скомпилированные инструкции)
void load(PIByteArray ba);
private:

View File

@@ -32,40 +32,51 @@
#include "pimathmatrix.h"
/// Differential evaluations
//! \~english Differential evaluations
//! \~russian Дифференциальные вычисления
//! Transfer function representation
//! \~english Structure representing transfer function with numerator and denominator coefficients
//! \~russian Структура, представляющая передаточную функцию с коэффициентами числителя и знаменателя
//! \~english Transfer function representation
//! \~russian Представление передаточной функции
struct PIP_EXPORT TransferFunction {
PIVector<double> vector_Bm, vector_An;
};
//! Mathematical solver for differential equations
//! \~\english Solver for ordinary differential equations using various numerical methods
//! \~russian Решатель обыкновенных дифференциальных уравнений
//! \~english Mathematical solver for differential equations
//! \~russian Математический решатель дифференциальных уравнений
class PIP_EXPORT PIMathSolver {
public:
//! Solving methods for differential equations
//! \~english Solving methods for differential equations
//! \~russian Методы решения дифференциальных уравнений
enum Method {
Global = -1, //!< Use global method
Eyler_1 = 01, //!< Euler method (first order)
Eyler_2 = 02, //!< Euler method (second order)
EylerKoshi = 03, //!< Euler-Cauchy method
RungeKutta_4 = 14, //!< Runge-Kutta 4th order
AdamsBashfortMoulton_2 = 22, //!< Adams-Bashforth-Moulton 2nd order
AdamsBashfortMoulton_3 = 23, //!< Adams-Bashforth-Moulton 3rd order
AdamsBashfortMoulton_4 = 24, //!< Adams-Bashforth-Moulton 4th order
PolynomialApproximation_2 = 32, //!< Polynomial approximation 2nd order
PolynomialApproximation_3 = 33, //!< Polynomial approximation 3rd order
PolynomialApproximation_4 = 34, //!< Polynomial approximation 4th order
PolynomialApproximation_5 = 35 //!< Polynomial approximation 5th order
Global = -1, //!< \~english Use global method
//! \~russian Использовать глобальный метод
Eyler_1 = 01, //!< \~english Euler method (first order)
//! \~russian Метод Эйлера (1-й порядок)
Eyler_2 = 02, //!< \~english Euler method (second order)
//! \~russian Метод Эйлера (2-й порядок)
EylerKoshi = 03, //!< \~english Euler-Cauchy method
//! \~russian Метод Эйлера-Коши
RungeKutta_4 = 14, //!< \~english Runge-Kutta 4th order
//! \~russian Метод Рунге-Кутта 4-го порядка
AdamsBashfortMoulton_2 = 22, //!< \~english Adams-Bashforth-Moulton 2nd order
//! \~russian Метод Адамса-Башфорта-Мултона 2-го порядка
AdamsBashfortMoulton_3 = 23, //!< \~english Adams-Bashforth-Moulton 3rd order
//! \~russian Метод Адамса-Башфорта-Мултона 3-го порядка
AdamsBashfortMoulton_4 = 24, //!< \~english Adams-Bashforth-Moulton 4th order
//! \~russian Метод Адамса-Башфорта-Мултона 4-го порядка
PolynomialApproximation_2 = 32, //!< \~english Polynomial approximation 2nd order
//! \~russian Метод полиномиальной аппроксимации 2-го порядка
PolynomialApproximation_3 = 33, //!< \~english Polynomial approximation 3rd order
//! \~russian Метод полиномиальной аппроксимации 3-го порядка
PolynomialApproximation_4 = 34, //!< \~english Polynomial approximation 4th order
//! \~russian Метод полиномиальной аппроксимации 4-го порядка
PolynomialApproximation_5 = 35 //!< \~english Polynomial approximation 5th order
//! \~russian Метод полиномиальной аппроксимации 5-го порядка
};
//! Constructs an empty solver
PIMathSolver();
//! Solve differential equation with step h
//! \~english Solve differential equation at point u with step h
//! \~russian Решить дифференциальное уравнение в точке u с шагом h
void solve(double u, double h);
@@ -83,34 +94,48 @@ public:
//! \~russian Установить время моделирования
void setTime(double time);
//! Solve using Euler method (1st order)
//! \~english Solve using Euler method (1st order)
//! \~russian Решение методом Эйлера (1-й порядок)
void solveEyler1(double u, double h);
//! Solve using Euler method (2nd order)
//! \~english Solve using Euler method (2nd order)
//! \~russian Решение методом Эйлера (2-й порядок)
void solveEyler2(double u, double h);
//! Solve using Runge-Kutta 4th order
//! \~english Solve using Runge-Kutta 4th order
//! \~russian Решение методом Рунге-Кутта 4-го порядка
void solveRK4(double u, double h);
//! Solve using Adams-Bashforth-Moulton 2nd order
//! \~english Solve using Adams-Bashforth-Moulton 2nd order
//! \~russian Решение методом Адамса-Башфорта-Мултона 2-го порядка
void solveABM2(double u, double h);
//! Solve using Adams-Bashforth-Moulton 3rd order
//! \~english Solve using Adams-Bashforth-Moulton 3rd order
//! \~russian Решение методом Адамса-Башфорта-Мултона 3-го порядка
void solveABM3(double u, double h);
//! Solve using Adams-Bashforth-Moulton 4th order
//! \~english Solve using Adams-Bashforth-Moulton 4th order
//! \~russian Решение методом Адамса-Башфорта-Мултона 4-го порядка
void solveABM4(double u, double h);
//! Solve using polynomial approximation
//! \~english Solve using polynomial approximation
//! \~russian Решение методом полиномиальной аппроксимации
void solvePA(double u, double h, uint deg);
//! Solve using polynomial approximation 2nd order
//! \~english Solve using polynomial approximation 2nd order
//! \~russian Решение методом полиномиальной аппроксимации 2-го порядка
void solvePA2(double u, double h);
//! Solve using polynomial approximation 3rd order
//! \~english Solve using polynomial approximation 3rd order
//! \~russian Решение методом полиномиальной аппроксимации 3-го порядка
void solvePA3(double u, double h);
//! Solve using polynomial approximation 4th order
//! \~english Solve using polynomial approximation 4th order
//! \~russian Решение методом полиномиальной аппроксимации 4-го порядка
void solvePA4(double u, double h);
//! Solve using polynomial approximation 5th order
//! \~english Solve using polynomial approximation 5th order
//! \~russian Решение методом полиномиальной аппроксимации 5-го порядка
void solvePA5(double u, double h);
//! Solution vector
//! \~english Solution vector
//! \~russian Вектор решения
PIMathVectord X;
//! Global default method
//! \~english Global default method
//! \~russian Глобальный метод по умолчанию
static Method method_global;
//! Description of available methods
//! \~english Description of available methods
//! \~russian Описание доступных методов
static const char methods_desc[];
private:

View File

@@ -5,8 +5,11 @@
//! \~english Math vector
//! \~russian Математический вектор
//! \details
//! \~english Fixed-size and dynamic mathematical vector implementations
//! \~russian Реализации математических векторов фиксированного и динамического размера
//! \~english Fixed-size and dynamic mathematical vector implementations. Provides PIMathVectorT for compile-time fixed-size vectors and
//! PIMathVector for runtime dynamic-size vectors with support for arithmetic and complex number types.
//! \~russian Реализации математических векторов фиксированного и динамического размера. Предоставляет PIMathVectorT для векторов
//! фиксированного размера во время компиляции и PIMathVector для векторов динамического размера во время выполнения с поддержкой
//! арифметических и комплексных типов чисел.
//! \}
/*
PIP - Platform Independent Primitives
@@ -44,9 +47,15 @@ class PIMathMatrixT;
#define PIMV_FOR for (uint i = 0; i < Size; ++i)
//! Fixed-size mathematical vector
//! \~english Template class for fixed-size mathematical vector
//! \~russian Шаблонный класс для математического вектора фиксированного размера
//! \brief Fixed-size mathematical vector with compile-time size
//! \~english Fixed-size mathematical vector with compile-time size
//! \~russian Вектор математический фиксированного размера с размером во время компиляции
//! \details Provides vector operations including arithmetic, normalization, angles, cross product, and dot product
//! \~russian Предоставляет операции вектора включая арифметику, нормализацию, углы, векторное произведение и скалярное произведение
//! \tparam Size The fixed size of the vector
//! \tparam Type The element type (arithmetic or complex)
template<uint Size, typename Type = double>
class PIP_EXPORT PIMathVectorT {
typedef PIMathVectorT<Size, Type> _CVector;
@@ -54,50 +63,93 @@ class PIP_EXPORT PIMathVectorT {
static_assert(Size > 0, "Size must be > 0");
public:
//! \~english Constructor with default value for all elements
//! \~russian Конструктор со значением по умолчанию для всех элементов
//! \param v The value to initialize all elements
PIMathVectorT(const Type & v = Type()) { PIMV_FOR c[i] = v; }
//! \~english Constructor from PIVector
//! \~russian Конструктор из PIVector
//! \param val The PIVector to copy from
PIMathVectorT(const PIVector<Type> & val) {
assert(Size == val.size());
PIMV_FOR c[i] = val[i];
}
//! \~english Constructor from initializer list
//! \~russian Конструктор из списка инициализации
//! \param init_list The initializer list to copy from
PIMathVectorT(std::initializer_list<Type> init_list) {
assert(Size == init_list.size());
PIMV_FOR c[i] = init_list.begin()[i];
}
//! \~english Create vector from two points (st -> fn)
//! \~russian Создать вектор из двух точек (st -> fn)
//! \param st The start point
//! \param fn The finish point
//! \returns Vector from st to fn
static _CVector fromTwoPoints(const _CVector & st, const _CVector & fn) {
_CVector tv;
PIMV_FOR tv[i] = fn[i] - st[i];
return tv;
}
//! \~english Get vector size
//! \~russian Получить размер вектора
//! \returns The fixed size of the vector
constexpr uint size() const { return Size; }
//! \~english Fill vector with a single value
//! \~russian Заполнить вектор одним значением
//! \param v The value to fill
//! \returns Reference to this vector
_CVector & fill(const Type & v) {
PIMV_FOR c[i] = v;
return *this;
}
//! \~english Add value to all elements
//! \~russian Прибавить значение ко всем элементам
//! \param v The value to add
//! \returns Reference to this vector
_CVector & move(const Type & v) {
PIMV_FOR c[i] += v;
return *this;
}
//! \~english Add vector to this vector
//! \~russian Прибавить вектор к этому вектору
//! \param v The vector to add
//! \returns Reference to this vector
_CVector & move(const _CVector & v) {
PIMV_FOR c[i] += v[i];
return *this;
}
//! \~english Swap two elements
//! \~russian Поменять два элемента местами
//! \param f First element index
//! \param s Second element index
//! \returns Reference to this vector
_CVector & swapElements(uint f, uint s) {
piSwap<Type>(c[f], c[s]);
return *this;
}
//! \~english Get squared length of vector
//! \~russian Получить квадрат длины вектора
//! \returns Sum of squares of all elements
Type lengthSqr() const {
Type tv(0);
PIMV_FOR tv += c[i] * c[i];
return tv;
}
//! \~english Get length of vector
//! \~russian Получить длину вектора
//! \returns Square root of lengthSqr, unavailable for complex types
Type length() const {
static_assert(std::is_arithmetic<Type>::value, "Unavailable for complex");
if (std::is_arithmetic<Type>::value) return std::sqrt(lengthSqr());
// if (is_complex<Type>::value) return 1000.; // std::sqrt(lengthSqr());
}
//! \~english Get Manhattan length (sum of absolute values)
//! \~russian Получить манхэттенскую длину (сумма абсолютных значений)
//! \returns Sum of absolute values of all elements, unavailable for complex types
Type manhattanLength() const {
static_assert(std::is_arithmetic<Type>::value, "Unavailable for complex");
if (std::is_arithmetic<Type>::value) {
@@ -106,6 +158,10 @@ public:
return tv;
}
}
//! \~english Get cosine of angle between two vectors
//! \~russian Получить косинус угла между двумя векторами
//! \param v The other vector
//! \returns cos(angle), unavailable for complex types
Type angleCos(const _CVector & v) const {
static_assert(std::is_arithmetic<Type>::value, "Unavailable for complex");
if (std::is_arithmetic<Type>::value) {
@@ -114,6 +170,10 @@ public:
return dot(v) / tv;
}
}
//! \~english Get sine of angle between two vectors
//! \~russian Получить синус угла между двумя векторами
//! \param v The other vector
//! \returns sin(angle), unavailable for complex types
Type angleSin(const _CVector & v) const {
static_assert(std::is_arithmetic<Type>::value, "Unavailable for complex");
if (std::is_arithmetic<Type>::value) {
@@ -121,24 +181,40 @@ public:
return std::sqrt(Type(1) - tv * tv);
}
}
//! \~english Get angle in radians between two vectors
//! \~russian Получить угол в радианах между двумя векторами
//! \param v The other vector
//! \returns Angle in radians, unavailable for complex types
Type angleRad(const _CVector & v) const {
static_assert(std::is_arithmetic<Type>::value, "Unavailable for complex");
if (std::is_arithmetic<Type>::value) {
return std::acos(angleCos(v));
}
}
//! \~english Get angle in degrees between two vectors
//! \~russian Получить угол в градусах между двумя векторами
//! \param v The other vector
//! \returns Angle in degrees, unavailable for complex types
Type angleDeg(const _CVector & v) const {
static_assert(std::is_arithmetic<Type>::value, "Unavailable for complex");
if (std::is_arithmetic<Type>::value) {
return toDeg(angleRad(v));
}
}
//! \~english Get elevation angle
//! \~russian Получить угол возвышения
//! \param v The other vector
//! \returns Elevation angle in degrees, unavailable for complex types
Type angleElevation(const _CVector & v) const {
static_assert(std::is_arithmetic<Type>::value, "Unavailable for complex");
if (std::is_arithmetic<Type>::value) {
return 90.0 - angleDeg(v - *this);
}
}
//! \~english Get projection of this vector onto another vector
//! \~russian Получить проекцию этого вектора на другой вектор
//! \param v The vector to project onto
//! \returns Projection vector, unavailable for complex types
_CVector projection(const _CVector & v) {
static_assert(std::is_arithmetic<Type>::value, "Unavailable for complex");
if (std::is_arithmetic<Type>::value) {
@@ -147,6 +223,9 @@ public:
return v * (dot(v) / tv);
}
}
//! \~english Normalize vector in place
//! \~russian Нормализовать вектор на месте
//! \returns Reference to this vector, unavailable for complex types
_CVector & normalize() {
static_assert(std::is_arithmetic<Type>::value, "Unavailable for complex");
if (std::is_arithmetic<Type>::value) {
@@ -157,61 +236,134 @@ public:
return *this;
}
}
//! \~english Get normalized copy of vector
//! \~russian Получить нормализованную копию вектора
//! \returns New normalized vector, unavailable for complex types
_CVector normalized() {
_CVector tv(*this);
tv.normalize();
return tv;
}
//! \~english Check if vector is null (all elements zero)
//! \~russian Проверить, является ли вектор нулевым (все элементы нули)
//! \returns true if vector is null
bool isNull() const {
PIMV_FOR if (c[i] != Type{}) return false;
return true;
}
//! \~english Check if vectors are orthogonal
//! \~russian Проверить, перпендикулярны ли векторы
//! \param v The other vector
//! \returns true if vectors are orthogonal
bool isOrtho(const _CVector & v) const { return ((*this) ^ v) == Type{}; }
//! \~english Get element at index (non-const)
//! \~russian Получить элемент по индексу (non-const)
//! \param index Element index
//! \returns Reference to element
Type & operator[](uint index) { return c[index]; }
//! \~english Get element at index (const)
//! \~russian Получить элемент по индексу (const)
//! \param index Element index
//! \returns Copy of element
const Type & operator[](uint index) const { return c[index]; }
//! \~english Get element at index (const version)
//! \~russian Получить элемент по индексу (версия const)
//! \param index Element index
//! \returns Copy of element
Type at(uint index) const { return c[index]; }
//! \~english Get element at index (non-const, alternative)
//! \~russian Получить элемент по индексу (non-const, альтернативный метод)
//! \param index Element index
//! \returns Reference to element
inline Type & element(uint index) { return c[index]; }
//! \~english Get element at index (const, alternative)
//! \~russian Получить элемент по индексу (const, альтернативный метод)
//! \param index Element index
//! \returns Copy of element
inline const Type & element(uint index) const { return c[index]; }
//! \~english Assign value to all elements
//! \~russian Присвоить значение всем элементам
//! \param v The value to assign
//! \returns Reference to this vector
_CVector & operator=(const Type & v) {
PIMV_FOR c[i] = v;
return *this;
}
//! \~english Check equality with another vector
//! \~russian Проверить равенство с другим вектором
//! \param v The vector to compare with
//! \returns true if all elements are equal
bool operator==(const _CVector & v) const {
PIMV_FOR if (c[i] != v[i]) return false;
return true;
}
//! \~english Check inequality with another vector
//! \~russian Проверить неравенство с другим вектором
//! \param v The vector to compare with
//! \returns true if any element differs
bool operator!=(const _CVector & v) const { return !(*this == c); }
//! \~english Add vector to this vector
//! \~russian Прибавить вектор к этому вектору
//! \param v The vector to add
void operator+=(const _CVector & v) { PIMV_FOR c[i] += v[i]; }
//! \~english Subtract vector from this vector
//! \~russian Вычесть вектор из этого вектора
//! \param v The vector to subtract
void operator-=(const _CVector & v) { PIMV_FOR c[i] -= v[i]; }
//! \~english Multiply all elements by scalar
//! \~russian Умножить все элементы на скаляр
//! \param v The scalar to multiply by
void operator*=(const Type & v) { PIMV_FOR c[i] *= v; }
//! \~english Divide all elements by scalar
//! \~russian Разделить все элементы на скаляр
//! \param v The scalar to divide by
void operator/=(const Type & v) {
assert(std::abs(v) > PIMATHVECTOR_ZERO_CMP);
PIMV_FOR c[i] /= v;
}
//! \~english Unary minus operator
//! \~russian Унарный оператор минус
//! \returns New vector with negated elements
_CVector operator-() const {
_CVector tv;
PIMV_FOR tv[i] = -c[i];
return tv;
}
//! \~english Add two vectors
//! \~russian Сложить два вектора
//! \param v The vector to add
//! \returns New vector with sum of elements
_CVector operator+(const _CVector & v) const {
_CVector tv(*this);
PIMV_FOR tv[i] += v[i];
return tv;
}
//! \~english Subtract two vectors
//! \~russian Вычесть два вектора
//! \param v The vector to subtract
//! \returns New vector with difference of elements
_CVector operator-(const _CVector & v) const {
_CVector tv(*this);
PIMV_FOR tv[i] -= v[i];
return tv;
}
//! \~english Multiply vector by scalar
//! \~russian Умножить вектор на скаляр
//! \param v The scalar to multiply by
//! \returns New vector with scaled elements
_CVector operator*(const Type & v) const {
_CVector tv(*this);
PIMV_FOR tv[i] *= v;
return tv;
}
//! \~english Divide vector by scalar
//! \~russian Разделить вектор на скаляр
//! \param v The scalar to divide by
//! \returns New vector with scaled elements
_CVector operator/(const Type & v) const {
assert(std::abs(v) > PIMATHVECTOR_ZERO_CMP);
_CVector tv = _CVector(*this);
@@ -219,6 +371,10 @@ public:
return tv;
}
//! \~english Compute cross product with another vector (3D only)
//! \~russian Вычислить векторное произведение с другим вектором (только 3D)
//! \param v The other vector
//! \returns Cross product vector
_CVector cross(const _CVector & v) const {
static_assert(Size == 3, "cross product avalible only for 3D vectors");
_CVector tv;
@@ -227,17 +383,33 @@ public:
tv[2] = c[0] * v[1] - v[0] * c[1];
return tv;
}
//! \~english Compute dot product with another vector
//! \~russian Вычислить скалярное произведение с другим вектором
//! \param v The other vector
//! \returns Dot product (sum of element-wise products)
Type dot(const _CVector & v) const {
Type tv{};
PIMV_FOR tv += c[i] * v[i];
return tv;
}
//! \~english Element-wise multiplication with another vector
//! \~russian Покомпонентное умножение с другим вектором
//! \param v The other vector
//! \returns New vector with element-wise products
_CVector mul(const _CVector & v) const {
_CVector tv(*this);
PIMV_FOR tv[i] *= v[i];
return tv;
}
//! \~english Element-wise multiplication with scalar
//! \~russian Покомпонентное умножение на скаляр
//! \param v The scalar to multiply by
//! \returns New vector with scaled elements
_CVector mul(const Type & v) const { return (*this) * v; }
//! \~english Element-wise division by another vector
//! \~russian Покомпонентное деление на другой вектор
//! \param v The vector to divide by
//! \returns New vector with element-wise quotients
_CVector div(const _CVector & v) const {
_CVector tv(*this);
PIMV_FOR {
@@ -246,14 +418,26 @@ public:
}
return tv;
}
//! \~english Element-wise division by scalar
//! \~russian Покомпонентное деление на скаляр
//! \param v The scalar to divide by
//! \returns New vector with scaled elements
_CVector div(const Type & v) const { return (*this) / v; }
//! \~english Transpose vector to 1xN matrix
//! \~russian Транспонировать вектор в матрицу 1xN
//! \returns 1xN matrix representation of this vector
PIMathMatrixT<1, Size, Type> transposed() const {
PIMathMatrixT<1, Size, Type> ret;
PIMV_FOR ret[0][i] = c[i];
return ret;
}
//! \~english Get distance from this point to line defined by two points
//! \~russian Получить расстояние от этой точки до линии, заданной двумя точками
//! \param lp0 First point on the line
//! \param lp1 Second point on the line
//! \returns Distance from point to line, unavailable for complex types
Type distToLine(const _CVector & lp0, const _CVector & lp1) {
static_assert(std::is_arithmetic<Type>::value, "Unavailable for complex");
if (std::is_arithmetic<Type>::value) {
@@ -265,6 +449,11 @@ public:
}
}
//! \~english Convert vector to another size and type
//! \~russian Преобразовать вектор в другой размер и тип
//! \tparam Size1 New vector size
//! \tparam Type1 New element type
//! \returns Vector with new size and type
template<uint Size1, typename Type1> /// vector {Size, Type} to vector {Size1, Type1}
PIMathVectorT<Size1, Type1> turnTo() const {
PIMathVectorT<Size1, Type1> tv;
@@ -274,10 +463,10 @@ public:
return tv;
}
//! \~english
//! \brief Returns this vector with another element type.
//! \~russian
//! \brief Возвращает этот вектор с другим типом элементов.
//! \~english Returns this vector with another element type
//! \~russian Возвращает этот вектор с другим типом элементов
//! \tparam T New element type
//! \returns Vector with new element type
template<typename T>
PIMathVectorT<Size, T> toType() const {
PIMathVectorT<Size, T> ret;
@@ -285,13 +474,22 @@ public:
return ret;
}
//! \~english
//! \brief Returns the subvector with size SubSize. Elements takes from coordinates "offset".
//! \details
//! \~russian
//! \brief Возвращает подвектор с размерами SubSize. Элементы берутся с координат "offset".
//! \details Координаты могут быть отрицательными. Возвращаемый подвектор может быть любого размера. Если исходные элементы выходят
//! за границы исходного подвектора, то в подвекторе будут нули.
//! \~english Returns the subvector with size SubSize. Elements are taken from coordinates "offset"
//! \~russian Возвращает подвектор с размерами SubSize. Элементы берутся с координат "offset"
//! \tparam SubSize Size of the subvector
//! \param offset Starting coordinate (can be negative)
//! \details Coordinates can be negative. The returned subvector can be of any size. If original elements are out of bounds, zeros will
//! be used
//! \~russian Координаты могут быть отрицательными. Возвращаемый подвектор может быть любого размера. Если исходные элементы выходят за
//! границы исходного подвектора, то в подвекторе будут нули \returns Subvector of specified size
//! \~english Returns the subvector with size SubSize. Elements are taken from coordinates "offset"
//! \~russian Возвращает подвектор с размерами SubSize. Элементы берутся с координат "offset"
//! \tparam SubSize Size of the subvector
//! \param offset Starting coordinate (can be negative)
//! \details Coordinates can be negative. The returned subvector can be of any size. If original elements are out of bounds, zeros will
//! be used
//! \~russian Координаты могут быть отрицательными. Возвращаемый подвектор может быть любого размера. Если исходные элементы выходят за
//! границы исходного подвектора, то в подвекторе будут нули \returns Subvector of specified size
template<uint SubSize>
PIMathVectorT<SubSize, Type> subvector(int offset = 0) const {
PIMathVectorT<SubSize, Type> ret;
@@ -303,14 +501,16 @@ public:
return ret;
}
//! \~english
//! \brief Set the subvector "v" in coordinates "index".
//! \details
//! \~russian
//! \brief Устанавливает подвектор "v" в координаты "index".
//! \details Присваивает значения из вектора "v" в область текущиего вектора, ограниченную
//! размерами "v", самого вектор и границами, исходя из координат установки. Координаты могут быть отрицательными.
//! Вектор "v" может быть любого размера. Возвращает ссылку на этот вектор.
//! \~english Set the subvector "v" at coordinates "index"
//! \~russian Устанавливает подвектор "v" в координаты "index"
//! \tparam SubSize Size of the subvector
//! \param index Starting coordinate (can be negative)
//! \param v The subvector to set
//! \details Assigns values from vector "v" to the area of current vector bounded by "v"'s size and vector boundaries, based on the
//! installation coordinates. Coordinates can be negative. Vector "v" can be of any size. Returns reference to this vector.
//! \~russian Присваивает значения из вектора "v" в область текущего вектора, ограниченную размерами "v", самого вектор и границами,
//! исходя из координат установки. Координаты могут быть отрицательными. Вектор "v" может быть любого размера. Возвращает ссылку на этот
//! вектор. \returns Reference to this vector
template<uint SubSize>
PIMathVectorT<Size, Type> & setSubvector(int index, const PIMathVectorT<SubSize, Type> & v) {
for (int i = 0; i < (int)SubSize; ++i) {
@@ -321,23 +521,68 @@ public:
return *this;
}
//! \~english Static cross product of two vectors
//! \~russian Статическое векторное произведение двух векторов
//! \param v1 First vector
//! \param v2 Second vector
//! \returns Cross product vector
static _CVector cross(const _CVector & v1, const _CVector & v2) { return v1.cross(v2); }
//! \~english Static dot product of two vectors
//! \~russian Статическое скалярное произведение двух векторов
//! \param v1 First vector
//! \param v2 Second vector
//! \returns Dot product
static Type dot(const _CVector & v1, const _CVector & v2) { return v1.dot(v2); }
//! \~english Static element-wise multiplication of two vectors
//! \~russian Статическое покомпонентное умножение двух векторов
//! \param v1 First vector
//! \param v2 Second vector
//! \returns New vector with element-wise products
static _CVector mul(const _CVector & v1, const _CVector & v2) { return v1.mul(v2); }
//! \~english Static scalar multiplication (scalar * vector)
//! \~russian Статическое скалярное умножение (скаляр * вектор)
//! \param v1 Scalar
//! \param v2 Vector
//! \returns Scaled vector
static _CVector mul(const Type & v1, const _CVector & v2) { return v2 * v1; }
//! \~english Static scalar multiplication (vector * scalar)
//! \~russian Статическое скалярное умножение (вектор * скаляр)
//! \param v1 Vector
//! \param v2 Scalar
//! \returns Scaled vector
static _CVector mul(const _CVector & v1, const Type & v2) { return v1 * v2; }
//! \~english Static element-wise division of two vectors
//! \~russian Статическое покомпонентное деление двух векторов
//! \param v1 First vector
//! \param v2 Second vector
//! \returns New vector with element-wise quotients
static _CVector div(const _CVector & v1, const _CVector & v2) { return v1.div(v2); }
//! \~english Static scalar division (vector / scalar)
//! \~russian Статическое скалярное деление (вектор / скаляр)
//! \param v1 Vector
//! \param v2 Scalar
//! \returns Scaled vector
static _CVector div(const _CVector & v1, const Type & v2) { return v1 / v2; }
private:
Type c[Size];
};
//! \~english Scalar multiplication (scalar * vector)
//! \~russian Скалярное умножение (скаляр * вектор)
//! \param x Scalar
//! \param v Vector
//! \returns Scaled vector
template<uint Size, typename Type>
inline PIMathVectorT<Size, Type> operator*(const Type & x, const PIMathVectorT<Size, Type> & v) {
return v * x;
}
//! \~english Output vector to PIP stream
//! \~russian Вывести вектор в поток PIP
//! \param s The PIP output stream
//! \param v The vector to output
//! \returns Reference to the stream
template<uint Size, typename Type>
inline PICout operator<<(PICout s, const PIMathVectorT<Size, Type> & v) {
s.space();
@@ -352,12 +597,23 @@ inline PICout operator<<(PICout s, const PIMathVectorT<Size, Type> & v) {
return s;
}
//! \~english 2D integer vector
//! \~russian 2D целочисленный вектор
typedef PIMathVectorT<2u, int> PIMathVectorT2i;
//! \~english 3D integer vector
//! \~russian 3D целочисленный вектор
typedef PIMathVectorT<3u, int> PIMathVectorT3i;
//! \~english 4D integer vector
//! \~russian 4D целочисленный вектор
typedef PIMathVectorT<4u, int> PIMathVectorT4i;
//! \~english 2D double vector
//! \~russian 2D вектор с числами двойной точности
typedef PIMathVectorT<2u, double> PIMathVectorT2d;
//! \~english 3D double vector
//! \~russian 3D вектор с числами двойной точности
typedef PIMathVectorT<3u, double> PIMathVectorT3d;
//! \~english 4D double vector
//! \~russian 4D вектор с числами двойной точности
typedef PIMathVectorT<4u, double> PIMathVectorT4d;
@@ -367,9 +623,14 @@ typedef PIMathVectorT<4u, double> PIMathVectorT4d;
#define PIMV_FOR for (uint i = 0; i < c.size(); ++i)
//! Dynamic-size mathematical vector
//! \~english Template class for dynamic-size mathematical vector
//! \~russian Шаблонный класс для математического вектора динамического размера
//! \brief Dynamic-size mathematical vector with runtime size
//! \~english Dynamic-size mathematical vector with runtime size
//! \~russian Вектор математический динамического размера с размером во время выполнения
//! \details Provides vector operations including arithmetic, normalization, angles, cross product, and dot product for dynamic-size vectors
//! \~russian Предоставляет операции вектора включая арифметику, нормализацию, углы, векторное произведение и скалярное произведение для
//! векторов динамического размера \tparam Type The element type (arithmetic or complex)
template<typename Type>
class PIP_EXPORT PIMathVector {
typedef PIMathVector<Type> _CVector;
@@ -379,17 +640,38 @@ class PIP_EXPORT PIMathVector {
friend PIBinaryStream<P> & operator>>(PIBinaryStream<P> & s, PIMathVector<Type1> & v);
public:
//! \~english Constructor with size and initial value
//! \~russian Конструктор с размером и начальным значением
//! \param size The initial size of the vector
//! \param new_value The initial value for all elements
PIMathVector(const uint size = 0, const Type & new_value = Type()) { c.resize(size, new_value); }
//! \~english Constructor from PIVector
//! \~russian Конструктор из PIVector
//! \param val The PIVector to copy from
PIMathVector(const PIVector<Type> & val) { c = val; }
//! \~english Constructor from move PIVector
//! \~russian Конструктор из move PIVector
//! \param val The PIVector to move from
PIMathVector(PIVector<Type> && val): c(std::move(val)) {}
//! \~english Constructor from initializer list
//! \~russian Конструктор из списка инициализации
//! \param init_list The initializer list to copy from
PIMathVector(std::initializer_list<Type> init_list) { c = PIVector<Type>(init_list); }
//! \~english Constructor from fixed-size vector
//! \~russian Конструктор из фиксированного вектора
//! \param val The fixed-size vector to copy from
template<uint Size>
PIMathVector(const PIMathVectorT<Size, Type> & val) {
c.resize(Size);
PIMV_FOR c[i] = val[i];
}
//! \~english Create vector from two points (st -> fn)
//! \~russian Создать вектор из двух точек (st -> fn)
//! \param st The start point
//! \param fn The finish point
//! \returns Vector from st to fn
static PIMathVector fromTwoPoints(const _CVector & st, const _CVector & fn) {
assert(st.size() == fn.size());
_CVector v(st.size());
@@ -397,8 +679,22 @@ public:
v.c[i] = fn[i] - st[i];
}
//! \~english Create zero vector of specified size
//! \~russian Создать нулевой вектор указанного размера
//! \param size The size of the vector
//! \returns Zero vector
static PIMathVector zeros(const uint size) { return PIMathVector(size, Type()); }
//! \~english Create vector with all elements set to 1
//! \~russian Создать вектор со всеми элементами, равными 1
//! \param size The size of the vector
//! \returns Vector filled with ones
static PIMathVector ones(const uint size) { return PIMathVector(size, Type(1)); }
//! \~english Create vector with values in arithmetic progression
//! \~russian Создать вектор со значениями в арифметической прогрессии
//! \param start The start value
//! \param stop The stop value (exclusive)
//! \param step The step between values
//! \returns Vector with arithmetic progression
static PIMathVector arange(const Type start, const Type stop, const Type step = Type(1)) {
PIVector<Type> v;
for (Type i = start; i < stop; i += step)
@@ -406,63 +702,125 @@ public:
return PIMathVector(std::move(v));
}
//! \~english Get vector size
//! \~russian Получить размер вектора
//! \returns The dynamic size of the vector
uint size() const { return c.size(); }
//! \~english Resize the vector
//! \~russian Изменить размер вектора
//! \param size The new size
//! \param new_value The value for new elements
//! \returns Reference to this vector
_CVector & resize(uint size, const Type & new_value = Type()) {
c.resize(size, new_value);
return *this;
}
//! \~english Get resized copy of the vector
//! \~russian Получить копию вектора с измененным размером
//! \param size The new size
//! \param new_value The value for new elements
//! \returns New vector with new size
_CVector resized(uint size, const Type & new_value = Type()) {
_CVector tv = _CVector(*this);
tv.resize(size, new_value);
return tv;
}
//! \~english Fill vector with a single value
//! \~russian Заполнить вектор одним значением
//! \param v The value to fill
//! \returns Reference to this vector
_CVector & fill(const Type & v) {
c.fill(v);
return *this;
}
//! \~english Add value to all elements
//! \~russian Прибавить значение ко всем элементам
//! \param v The value to add
//! \returns Reference to this vector
_CVector & move(const Type & v) {
PIMV_FOR c[i] += v;
return *this;
}
//! \~english Add vector to this vector
//! \~russian Прибавить вектор к этому вектору
//! \param v The vector to add
//! \returns Reference to this vector
_CVector & move(const _CVector & v) {
assert(c.size() == v.size());
PIMV_FOR c[i] += v[i];
return *this;
}
//! \~english Swap two elements
//! \~russian Поменять два элемента местами
//! \param f First element index
//! \param s Second element index
//! \returns Reference to this vector
_CVector & swapElements(uint f, uint s) {
piSwap<Type>(c[f], c[s]);
return *this;
}
//! \~english Get squared length of vector
//! \~russian Получить квадрат длины вектора
//! \returns Sum of squares of all elements
Type lengthSqr() const {
Type tv(0);
PIMV_FOR tv += c[i] * c[i];
return tv;
}
//! \~english Get length of vector
//! \~russian Получить длину вектора
//! \returns Square root of lengthSqr
Type length() const { return std::sqrt(lengthSqr()); }
//! \~english Get Manhattan length (sum of absolute values)
//! \~russian Получить манхэттенскую длину (сумма абсолютных значений)
//! \returns Sum of absolute values of all elements
Type manhattanLength() const {
Type tv(0);
PIMV_FOR tv += piAbs<Type>(c[i]);
return tv;
}
//! \~english Get cosine of angle between two vectors
//! \~russian Получить косинус угла между двумя векторами
//! \param v The other vector
//! \returns cos(angle)
Type angleCos(const _CVector & v) const {
assert(c.size() == v.size());
Type tv = v.length() * length();
assert(std::abs(tv) > PIMATHVECTOR_ZERO_CMP);
return dot(v) / tv;
}
//! \~english Get sine of angle between two vectors
//! \~russian Получить синус угла между двумя векторами
//! \param v The other vector
//! \returns sin(angle)
Type angleSin(const _CVector & v) const {
assert(c.size() == v.size());
Type tv = angleCos(v);
return std::sqrt(Type(1) - tv * tv);
}
//! \~english Get angle in radians between two vectors
//! \~russian Получить угол в радианах между двумя векторами
//! \param v The other vector
//! \returns Angle in radians
Type angleRad(const _CVector & v) const { return std::acos(angleCos(v)); }
//! \~english Get angle in degrees between two vectors
//! \~russian Получить угол в градусах между двумя векторами
//! \param v The other vector
//! \returns Angle in degrees
Type angleDeg(const _CVector & v) const { return toDeg(angleRad(v)); }
//! \~english Get projection of this vector onto another vector
//! \~russian Получить проекцию этого вектора на другой вектор
//! \param v The vector to project onto
//! \returns Projection vector
_CVector projection(const _CVector & v) {
assert(c.size() == v.size());
Type tv = v.length();
assert(std::abs(tv) > PIMATHVECTOR_ZERO_CMP);
return v * (dot(v) / tv);
}
//! \~english Normalize vector in place
//! \~russian Нормализовать вектор на месте
//! \returns Reference to this vector
_CVector & normalize() {
Type tv = length();
assert(std::abs(tv) > PIMATHVECTOR_ZERO_CMP);
@@ -470,71 +828,143 @@ public:
PIMV_FOR c[i] /= tv;
return *this;
}
//! \~english Get normalized copy of vector
//! \~russian Получить нормализованную копию вектора
//! \returns New normalized vector
_CVector normalized() {
_CVector tv(*this);
tv.normalize();
return tv;
}
//! \~english Check if vector is null (all elements zero)
//! \~russian Проверить, является ли вектор нулевым (все элементы нули)
//! \returns true if vector is null
bool isNull() const {
PIMV_FOR if (c[i] != Type(0)) return false;
return true;
}
//! \~english Check if vector is valid (non-empty)
//! \~russian Проверить, валиден ли вектор (не пустой)
//! \returns true if vector is valid
bool isValid() const { return !c.isEmpty(); }
//! \~english Check if vectors are orthogonal
//! \~russian Проверить, перпендикулярны ли векторы
//! \param v The other vector
//! \returns true if vectors are orthogonal
bool isOrtho(const _CVector & v) const { return dot(v) == Type(0); }
//! \~english Get element at index (non-const)
//! \~russian Получить элемент по индексу (non-const)
//! \param index Element index
//! \returns Reference to element
Type & operator[](uint index) { return c[index]; }
//! \~english Get element at index (const)
//! \~russian Получить элемент по индексу (const)
//! \param index Element index
//! \returns Copy of element
const Type & operator[](uint index) const { return c[index]; }
//! \~english Get element at index (const version)
//! \~russian Получить элемент по индексу (версия const)
//! \param index Element index
//! \returns Copy of element
Type at(uint index) const { return c[index]; }
//! \~english Assign value to all elements
//! \~russian Присвоить значение всем элементам
//! \param v The value to assign
//! \returns Reference to this vector
_CVector & operator=(const Type & v) {
PIMV_FOR c[i] = v;
return *this;
}
//! \~english Check equality with another vector
//! \~russian Проверить равенство с другим вектором
//! \param v The vector to compare with
//! \returns true if all elements are equal
bool operator==(const _CVector & v) const { return c == v.c; }
//! \~english Check inequality with another vector
//! \~russian Проверить неравенство с другим вектором
//! \param v The vector to compare with
//! \returns true if any element differs
bool operator!=(const _CVector & v) const { return c != v.c; }
//! \~english Add vector to this vector
//! \~russian Прибавить вектор к этому вектору
//! \param v The vector to add
void operator+=(const _CVector & v) {
assert(c.size() == v.size());
PIMV_FOR c[i] += v[i];
}
//! \~english Subtract vector from this vector
//! \~russian Вычесть вектор из этого вектора
//! \param v The vector to subtract
void operator-=(const _CVector & v) {
assert(c.size() == v.size());
PIMV_FOR c[i] -= v[i];
}
//! \~english Multiply all elements by scalar
//! \~russian Умножить все элементы на скаляр
//! \param v The scalar to multiply by
void operator*=(const Type & v) { PIMV_FOR c[i] *= v; }
//! \~english Divide all elements by scalar
//! \~russian Разделить все элементы на скаляр
//! \param v The scalar to divide by
void operator/=(const Type & v) {
assert(std::abs(v) > PIMATHVECTOR_ZERO_CMP);
PIMV_FOR c[i] /= v;
}
//! \~english Unary minus operator
//! \~russian Унарный оператор минус
//! \returns New vector with negated elements
_CVector operator-() const {
_CVector tv(c.size());
PIMV_FOR tv[i] = -c[i];
return tv;
}
//! \~english Add two vectors
//! \~russian Сложить два вектора
//! \param v The vector to add
//! \returns New vector with sum of elements
_CVector operator+(const _CVector & v) const {
assert(c.size() == v.size());
_CVector tv(*this);
PIMV_FOR tv[i] += v[i];
return tv;
}
//! \~english Subtract two vectors
//! \~russian Вычесть два вектора
//! \param v The vector to subtract
//! \returns New vector with difference of elements
_CVector operator-(const _CVector & v) const {
assert(c.size() == v.size());
_CVector tv(*this);
PIMV_FOR tv[i] -= v[i];
return tv;
}
//! \~english Multiply vector by scalar
//! \~russian Умножить вектор на скаляр
//! \param v The scalar to multiply by
//! \returns New vector with scaled elements
_CVector operator*(const Type & v) const {
_CVector tv(*this);
PIMV_FOR tv[i] *= v;
return tv;
}
//! \~english Divide vector by scalar
//! \~russian Разделить вектор на скаляр
//! \param v The scalar to divide by
//! \returns New vector with scaled elements
_CVector operator/(const Type & v) const {
assert(std::abs(v) > PIMATHVECTOR_ZERO_CMP);
_CVector tv(*this);
PIMV_FOR tv[i] /= v;
return tv;
}
//! \~english Compute cross product with another vector (3D only)
//! \~russian Вычислить векторное произведение с другим вектором (только 3D)
//! \param v The other vector
//! \returns Cross product vector
_CVector cross(const _CVector & v) const {
assert(c.size() == 3);
assert(v.size() == 3);
@@ -544,19 +974,35 @@ public:
tv[2] = c[0] * v[1] - v[0] * c[1];
return tv;
}
//! \~english Compute dot product with another vector
//! \~russian Вычислить скалярное произведение с другим вектором
//! \param v The other vector
//! \returns Dot product (sum of element-wise products)
Type dot(const _CVector & v) const {
assert(c.size() == v.size());
Type tv(0);
PIMV_FOR tv += c[i] * v[i];
return tv;
}
//! \~english Element-wise multiplication with another vector
//! \~russian Покомпонентное умножение с другим вектором
//! \param v The other vector
//! \returns New vector with element-wise products
_CVector mul(const _CVector & v) const {
assert(c.size() == v.size());
_CVector tv(*this);
PIMV_FOR tv[i] *= v[i];
return tv;
}
//! \~english Element-wise multiplication with scalar
//! \~russian Покомпонентное умножение на скаляр
//! \param v The scalar to multiply by
//! \returns New vector with scaled elements
_CVector mul(const Type & v) const { return (*this) * v; }
//! \~english Element-wise division by another vector
//! \~russian Покомпонентное деление на другой вектор
//! \param v The vector to divide by
//! \returns New vector with element-wise quotients
_CVector div(const _CVector & v) const {
assert(c.size() == v.size());
_CVector tv(*this);
@@ -566,8 +1012,17 @@ public:
}
return tv;
}
//! \~english Element-wise division by scalar
//! \~russian Покомпонентное деление на скаляр
//! \param v The scalar to divide by
//! \returns New vector with scaled elements
_CVector div(const Type & v) const { return (*this) / v; }
//! \~english Get distance from this point to line defined by two points
//! \~russian Получить расстояние от этой точки до линии, заданной двумя точками
//! \param lp0 First point on the line
//! \param lp1 Second point on the line
//! \returns Distance from point to line
Type distToLine(const _CVector & lp0, const _CVector & lp1) {
assert(c.size() == lp0.size());
assert(c.size() == lp1.size());
@@ -578,24 +1033,75 @@ public:
return piAbs<Type>(a[0] * b[1] - a[1] * b[0]) / tv;
}
//! \~english Convert to PIVector
//! \~russian Преобразовать в PIVector
//! \returns PIVector with same elements
PIVector<Type> toVector() const { return c; }
//! \~english Apply function to each element (const)
//! \~russian Применить функцию к каждому элементу (const)
//! \param f The function to apply
void forEach(std::function<void(const Type &)> f) const { c.forEach(f); }
//! \~english Apply function to each element
//! \~russian Применить функцию к каждому элементу
//! \param f The function to apply
//! \returns Reference to this vector
_CVector & forEach(std::function<void(Type &)> f) {
c.forEach(f);
return *this;
}
//! \~english Get pointer to underlying data
//! \~russian Получить указатель на внутренние данные
//! \returns Pointer to first element
inline Type * data() { return c.data(); }
//! \~english Get pointer to underlying data (const)
//! \~russian Получить указатель на внутренние данные (const)
//! \returns Pointer to first element
inline const Type * data() const { return c.data(); }
//! \~english Static cross product of two vectors
//! \~russian Статическое векторное произведение двух векторов
//! \param v1 First vector
//! \param v2 Second vector
//! \returns Cross product vector
static _CVector cross(const _CVector & v1, const _CVector & v2) { return v1.cross(v2); }
//! \~english Static dot product of two vectors
//! \~russian Статическое скалярное произведение двух векторов
//! \param v1 First vector
//! \param v2 Second vector
//! \returns Dot product
static Type dot(const _CVector & v1, const _CVector & v2) { return v1.dot(v2); }
//! \~english Static element-wise multiplication of two vectors
//! \~russian Статическое покомпонентное умножение двух векторов
//! \param v1 First vector
//! \param v2 Second vector
//! \returns New vector with element-wise products
static _CVector mul(const _CVector & v1, const _CVector & v2) { return v1.mul(v2); }
//! \~english Static scalar multiplication (scalar * vector)
//! \~russian Статическое скалярное умножение (скаляр * вектор)
//! \param v1 Scalar
//! \param v2 Vector
//! \returns Scaled vector
static _CVector mul(const Type & v1, const _CVector & v2) { return v2 * v1; }
//! \~english Static scalar multiplication (vector * scalar)
//! \~russian Статическое скалярное умножение (вектор * скаляр)
//! \param v1 Vector
//! \param v2 Scalar
//! \returns Scaled vector
static _CVector mul(const _CVector & v1, const Type & v2) { return v1 * v2; }
//! \~english Static element-wise division of two vectors
//! \~russian Статическое покомпонентное деление двух векторов
//! \param v1 First vector
//! \param v2 Second vector
//! \returns New vector with element-wise quotients
static _CVector div(const _CVector & v1, const _CVector & v2) { return v1.div(v2); }
//! \~english Static scalar division (vector / scalar)
//! \~russian Статическое скалярное деление (вектор / скаляр)
//! \param v1 Vector
//! \param v2 Scalar
//! \returns Scaled vector
static _CVector div(const _CVector & v1, const Type & v2) { return v1 / v2; }
private:
@@ -610,6 +1116,11 @@ inline PIMathVector<Type> operator*(const Type & x, const PIMathVector<Type> & v
#undef PIMV_FOR
#ifdef PIP_STD_IOSTREAM
//! \~english Output vector to stream
//! \~russian Вывести вектор в поток
//! \param s The output stream
//! \param v The vector to output
//! \returns Reference to the stream
template<typename Type>
inline std::ostream & operator<<(std::ostream & s, const PIMathVector<Type> & v) {
s << "{";
@@ -622,6 +1133,11 @@ inline std::ostream & operator<<(std::ostream & s, const PIMathVector<Type> & v)
}
#endif
//! \~english Output vector to PIP stream
//! \~russian Вывести вектор в поток PIP
//! \param s The PIP output stream
//! \param v The vector to output
//! \returns Reference to the stream
template<typename Type>
inline PICout operator<<(PICout s, const PIMathVector<Type> & v) {
s.space();
@@ -636,11 +1152,21 @@ inline PICout operator<<(PICout s, const PIMathVector<Type> & v) {
return s;
}
//! \~english Serialize vector to binary stream
//! \~russian Сериализовать вектор в бинарный поток
//! \param s The binary stream
//! \param v The vector to serialize
//! \returns Reference to the stream
template<typename P, typename T>
inline PIBinaryStream<P> & operator<<(PIBinaryStream<P> & s, const PIMathVector<T> & v) {
s << v.c;
return s;
}
//! \~english Deserialize vector from binary stream
//! \~russian Десериализовать вектор из бинарного потока
//! \param s The binary stream
//! \param v The vector to deserialize
//! \returns Reference to the stream
template<typename P, typename T>
inline PIBinaryStream<P> & operator>>(PIBinaryStream<P> & s, PIMathVector<T> & v) {
s >> v.c;
@@ -648,7 +1174,11 @@ inline PIBinaryStream<P> & operator>>(PIBinaryStream<P> & s, PIMathVector<T> & v
}
//! \~english 32-bit integer dynamic vector
//! \~russian Динамический вектор с 32-битными целыми числами
typedef PIMathVector<int> PIMathVectori;
//! \~english Double precision dynamic vector
//! \~russian Динамический вектор с числами двойной точности
typedef PIMathVector<double> PIMathVectord;
#endif // PIMATHVECTOR_H

View File

@@ -1,8 +1,11 @@
//! \file pirect.h
//! \ingroup Math
//! \brief
//! \~english Rect class
//! \~russian Класс прямоугольника
//! \~english Rect class for 2D geometry
//! \~russian Класс прямоугольника для 2D геометрии
//! \details
//! \~english The PIRect class provides a two-dimensional rectangle class for 2D geometry.
//! \~russian Класс PIRect предоставляет двумерный класс прямоугольника для 2D геометрии.
/*
PIP - Platform Independent Primitives
Rect class
@@ -30,9 +33,9 @@
//! \brief
//! \~english Rect class
//! \~russian Класс прямоугольника
//! \~\details
//! \~russian
//! Этот класс описывает прямоугольник на плоскости в прямоугольной системе координат
//! \details
//! \~english The PIRect class provides a two-dimensional rectangle class for 2D geometry.
//! \~russian Класс PIRect предоставляет двумерный класс прямоугольника для 2D геометрии.
template<typename Type>
class PIP_EXPORT PIRect {
static_assert(std::is_arithmetic<Type>::value, "Type must be arithmetic");
@@ -360,6 +363,9 @@ private:
//! \~english Stream output operator for PIRect.
//! \~russian Перегруженный оператор для вывода прямоугольника в \a PICout.
//! \details
//! \~english The operator outputs rectangle information in format: Rect{bottomLeft:widthxheight}
//! \~russian Оператор выводит информацию о прямоугольнике в формате: Rect{bottomLeft:widthxheight}
template<typename Type>
PICout operator<<(PICout & s, const PIRect<Type> & v) {
s.space();