/******************************************************** * ██████╗ ██████╗████████╗██╗ * ██╔════╝ ██╔════╝╚══██╔══╝██║ * ██║ ███╗██║ ██║ ██║ * ██║ ██║██║ ██║ ██║ * ╚██████╔╝╚██████╗ ██║ ███████╗ * ╚═════╝ ╚═════╝ ╚═╝ ╚══════╝ * Geophysical Computational Tools & Library (GCTL) * * Copyright (c) 2023 Yi Zhang (yizhang-geo@zju.edu.cn) * * GCTL is distributed under a dual licensing scheme. You can redistribute * it and/or modify it under the terms of the GNU Lesser General Public * License as published by the Free Software Foundation, either version 2 * of the License, or (at your option) any later version. You should have * received a copy of the GNU Lesser General Public License along with this * program. If not, see . * * If the terms and conditions of the LGPL v.2. would prevent you from using * the GCTL, please consider the option to obtain a commercial license for a * fee. These licenses are offered by the GCTL's original author. As a rule, * licenses are provided "as-is", unlimited in time for a one time fee. Please * send corresponding requests to: yizhang-geo@zju.edu.cn. Please do not forget * to include some description of your company and the realm of its activities. * Also add information on how to contact you by electronic and paper mail. ******************************************************/ #ifndef _GCTL_MATHFUNC_H #define _GCTL_MATHFUNC_H // library's head files #include "../core/macro.h" #include "../core/spmat.h" #include "mathfunc_t.h" // system's head files #include "cmath" #include "random" #include "vector" namespace gctl { /** * @brief Return a random number in the range [low, hig] * * @note Call srand(seed) to initiate the random squence before using this function. * * @param low Lower bound * @param hig Higher bound * @return Random value */ int random(int low, int hig); /** * @brief Return a random number in the range [low, hig] * * @note Call srand(seed) to initiate the random squence before using this function. * * @param low Lower bound * @param hig Higher bound * @return Random value */ double random(double low, double hig); /** * @brief Return a random number in the range [low, hig] * * @note Call srand(seed) to initiate the random squence before using this function. * * @param low Lower bound * @param hig Higher bound * @return Random value */ std::complex random(std::complex low, std::complex hig); /** * @brief 比较两个浮点数。注意比较的精度为 eps 减一位,比如 eps 为1e-10则比较的精度为小数点后9位。 * * @param f 第一个浮点数 * @param v 第二个浮点数 * @param eps 比较的精度 * @return true 两个浮点数相等 * @return false 两个浮点数不相等 */ bool isequal(double f, double v, double eps = GCTL_ZERO); /** * @brief 符号函数 * * @param[in] a 输入值 * * @return 大于零返回1 否则返回-1 等于0则返回0 */ double sign(double a); /** * @brief 二分法求一个正数的n次方根 * * @param[in] val 输入值 * @param[in] order 开方次数 * @param[in] eps 终止精度 * * @return 开方值 */ double sqrtn(double val, int order, double eps = 1e-5); /** * @brief 计算经纬度网格的面积 * * @param lon1 经度起点 * @param lon2 经度终点 * @param lat1 纬度起点 * @param lat2 纬度终点 * @param R 半径 * @return 面积 */ double geographic_area(double lon1, double lon2, double lat1, double lat2, double R); /** * @brief 计算两个经纬度点之间的距离 * * @param lon1 经度起点 * @param lon2 经度终点 * @param lat1 纬度起点 * @param lat2 纬度终点 * @param R 半径 * @return 面积 */ double geographic_distance(double lon1, double lon2, double lat1, double lat2, double R); /** * @brief 计算一个椭圆在不同位置的半径 * * @param[in] x_len x方向半径 * @param[in] y_len y方向半径 * @param[in] arc 计算方向与x轴正方向的夹角(弧度) 逆时针为正 * @param[in] x_arc x轴正方向绕原点逆时针旋转的角度 (弧度) * * @return 半径值 */ double ellipse_radius_2d(double x_len, double y_len, double arc, double x_arc = 0.0); /** * @brief 计算已椭圆为基准面的高程数据的绝对坐标位置。 * * 假设高程数据的测量方向(如大地水准面)为椭圆切线的垂直方向(与切点与坐标原点的连线方向不一致) * 则高程点的绝对空间位置的维度值与切点的维度值也不一致。此函数可以计算校正后的维度值与球心半径。 * * @param x_len 椭圆的x方向半径(一般为长轴) * @param y_len 椭圆的y方向半径(一般为短轴) * @param arc 计算方向与x轴正方向的夹角(弧度) 逆时针为正(等于纬度) * @param elev 切点的高程值 * @param out_arc 校正后的维度值 * @param out_rad 校正后高程点的球心半径 * @param x_arc x轴正方向绕原点逆时针旋转的角度 (弧度),默认为0 */ void ellipse_plus_elevation_2d(double x_len, double y_len, double arc, double elev, double &out_arc, double &out_rad, double x_arc = 0.0); /** * @brief 椭球或者球在不同球面位置的半径 * * @param[in] x_len x方向半径 * @param[in] y_len y方向半径 * @param[in] z_len z方向半径 * @param[in] phi 计算方向与x轴正方向的夹角(弧度) 逆时针为正 * @param[in] theta 计算方向与z轴正方向的夹角(弧度) 逆时针为正 * * @return 半径值 */ double ellipsoid_radius(double x_len, double y_len, double z_len, double phi, double theta); /** * @brief 使用牛顿迭代法计算一个矩阵的近似逆 * * 此方法适合用于对角占优的方阵求逆。 * * @param[in] in_mat 输入矩阵 * @param inverse_mat 逆矩阵 * @param[in] epsilon 迭代的终止精度 * @param[in] iter_times 迭代的次数。默认为10 * @param[in] initiate 对逆矩阵进行初始化 * * @return 最终的迭代精度 */ double newton_inverse(const _2d_matrix &in_mat, _2d_matrix &inverse_mat, double epsilon = 1e-8, int iter_times = 10, bool initiate = true); /** * @brief 使用牛顿迭代法计算一个矩阵的近似逆 * * 此方法适合用于对角占优的方阵求逆。 * * @param[in] in_mat 输入矩阵(稀疏的) * @param inverse_mat 逆矩阵 * @param[in] epsilon 迭代的终止精度 * @param[in] iter_times 迭代的次数。默认为10 * @param[in] initiate 对逆矩阵进行初始化 * * @return 最终的迭代精度 */ double newton_inverse(const spmat &in_mat, _2d_matrix &inverse_mat, double epsilon = 1e-8, int iter_times = 10, bool initiate = true); /** * @brief 使用施密特正交化将线性无关的向量组a转换为标准正交向量组e * * @note 经过正交变化的向量组中任意两个向量正交。 * * @param[in] a 个数为a_s的线性无关的向量组的指针(这里将向量组保存为一个连续的一维数组) * @param e 输出的转换后的标准正交向量组(保存为一个连续的一维数组) * @param[in] a_s 向量的个数 */ void schmidt_orthogonal(const array &a, array &e, int a_s); } #endif // _GCTL_MATHFUNC_H