Javaの数値計算ライブラリApache Commons Mathを使う(1) 複素行列を定義してLU分解で一次方程式や逆行列、行列式などを計算する。Swingを使ってウィンドウに表示する。

今回はこちらの例題をJavaに移植。

 Visual C# (C_sharp)の数学ライブラリ Math.NET Numericsを使う(1) 複素行列を定義して一次方程式や逆行列、行列式などを計算する。

複素行列のためにはApache Commons Mathのバージョンは3.6.1にしないとだめなのは前回の通り（4.0-beta1から複素数はNumbersライブラリに移ったのでそこの整合がとれてない？）。複素行列のためには

CreateFieldMatrix

を使わないとだめで、実数だけなら

CreateRealMatrix

などでOK。

https://commons.apache.org/proper/commons-math/javadocs/api-3.6.1/org/apache/commons/math3/linear/MatrixUtils.html

System.out.printlnは便利だがなんかアプリっぽくないのでSwingを使ってみる。

コードはこんな感じで、

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

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

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

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

import javax.swing.*;

import java.awt.*;

public class MatrxCalc {

    public static void main(String[] args) {

        Complex[][] m =

            {

                {new Complex(2.0, 0.0), new Complex(1.0, 0.0), new Complex(1.0, 0.0)},

                {new Complex(-1.0, 0.0), new Complex(1.0, 0.0), new Complex(-1.0, 0.0)},

                {new Complex(1.0, 0.0), new Complex(2.0, 0.0), new Complex(3.0, 0.0)}

            };

        Complex[] v = {

                    new Complex(2.0, 0.0),new Complex(3.0, 0.0),new Complex(-10.0, 0.0)

                    };

        var A = MatrixUtils.createFieldMatrix(m);

        var b = MatrixUtils.createFieldVector(v);

        var decomp = new FieldLUDecomposition<Complex>(A);

        var solver = decomp.getSolver();

        var det = decomp.getDeterminant();

        var sol = solver.solve(b);

        var inv = solver.getInverse();

        JFrame frame = new JFrame("Linear Algebra");

        frame.setBounds(100, 100, 640, 300);

        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);

        JPanel p = new JPanel();

        p.setLayout(new BoxLayout(p, BoxLayout.PAGE_AXIS));

        JTextArea solArea = new JTextArea();

        JTextArea detArea = new JTextArea();

        JTextArea invArea = new JTextArea();

        JLabel solLabel = new JLabel("Solution");

        JLabel detLabel = new JLabel("Detarminant");

        JLabel invLabel = new JLabel("Inverse Matrix");

        solArea.setFont(new Font("Arial", Font.PLAIN, 15));

        detArea.setFont(new Font("Arial", Font.PLAIN, 15));

        invArea.setFont(new Font("Arial", Font.PLAIN, 15));

        p.add(solLabel);

        p.add(solArea);

        p.add(detLabel);

        p.add(detArea);

        p.add(invLabel);

        p.add(invArea);

        String s = "";

        for (int i = 0; i < 3; i++) {

            s += sol.getEntry(i) + "\n";

        }

        solArea.append(s);

        detArea.append(det.toString());

        invArea.append(MatrixString(inv));

        frame.getContentPane().add(p, BorderLayout.CENTER);

        frame.setVisible(true);

    }

    private static String MatrixString(FieldMatrix<Complex> m)  {

        String s = "";

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

            s += "[";

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

                s += m.getEntry(i, j).toString();

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

                    s += ", ";

                }

            }

            s +="]\n";

        }

        return s;

    }

}

実行結果。

なるほど計算できてそうだ。次行ってみよう。