Javaの数値計算ライブラリApache Commons Mathを使う(準備編) eclipseをインストールしてライブラリも入れるが最新バージョンの4.0beta1だと複素行列がうまくいかない。3.6.1ならOK。とりあえず複素行列の加減乗、トレースを計算。グラフのためにJFreeChartも入れる。

これまでVisual C#(Basic, F#)、JavaScript、PHPなどの数値計算ライブラリを試してきたが今度はJavaでやってみる。

本当はClojureを使いたいがあまりにJavaのことを知らないでやるのもどうかと思ったので。

今回は準備編。

IDEはeclipseで日本語化も含めてこちらから。

https://willbrains.jp/

数値計算ライブラリはApache Commons Mathを使う。

https://commons.apache.org/proper/commons-math/

ただ問題は最新バージョンの4.0beta1だと複素行列がうまくいかない。3.6.1ならOK。
こちらのアーカイブからダウンロードできる。

https://archive.apache.org/dist/commons/math/

プロジェクト管理はMavenを使うのが推奨のようだが、まあ数値計算のお試しなので普通のJavaプロジェクトでやってみる。

プロジェクトを作成して、その名前を右クリックしてビルド・パス→外部アーカイブの追加でダウンロードしたjarファイルを指定する。

javadocもダウンロードされるのでライブラリのオプション→Javadocロケーションのここに入れるとよさそう。

ではまずは準備として複素行列の定義、加減乗、トレースのような簡単なものをやってみる。ちなみにFieldMatrixのところを全部RealMatrixすればもっと簡単に実行列の計算ができる。

import org.apache.commons.math3.complex.*;

import org.apache.commons.math3.linear.FieldMatrix;

import org.apache.commons.math3.linear.MatrixUtils;

public class MatrixCalc {

    public static void main(String[] args) {

        Complex[][] a_array =

            {

                {new Complex(1.0, 2.0), new Complex(3.0, 4.0)},

                {new Complex(5.0, 6.0), new Complex(7.0, 8.0)}

            };

        Complex[][] b_array =

            {

                {new Complex(9.0, 10.0), new Complex(11.0, 12.0)},

                {new Complex(13.0, 14.0), new Complex(15.0, 16.0)}

            };

        var a = MatrixUtils.createFieldMatrix(a_array);

        var b = MatrixUtils.createFieldMatrix(b_array);

        DisplayMatrix(a.add(b));

        DisplayMatrix(a.subtract(b));

        DisplayMatrix(a.multiply(b));

        System.out.println(a.getTrace());

    }

    static void DisplayMatrix(FieldMatrix<Complex> m)  {

        for (int i = 0; i < m.getRowDimension(); i++) {

            System.out.print("[");

            for (int j = 0; j < m.getColumnDimension(); j++) {

                System.out.print(m.getEntry(i, j));

                if (j < m.getColumnDimension() - 1) {

                    System.out.print(", ");

                }

            }

            System.out.println("]");

        }

    }

}

ちゃんと結果が
[(10.0, 12.0), (14.0, 16.0)]
[(18.0, 20.0), (22.0, 24.0)]
[(-8.0, -8.0), (-8.0, -8.0)]
[(-8.0, -8.0), (-8.0, -8.0)]
[(-28.0, 122.0), (-32.0, 142.0)]
[(-36.0, 306.0), (-40.0, 358.0)]
(8.0, 10.0)
と出力された。ということで

高周波＆数値計算関係記事リンク集

の例をやっていく。

グラフのプロットはJFreeChartを使うことにした。これも上と同じくビルド・バスの追加でOK。
https://www.jfree.org/jfreechart/

こちらなどを全面的に参考にしている。

http://javadrive.s25.xrea.com/jfreechart/index.html