11 sposobów na wykonywanie obliczeń w terminalu Linux

Odkryj, jak efektywnie wykonywać obliczenia matematyczne w terminalu Linuksa, korzystając z narzędzi takich jak Bash, Python i SageMath.

Czy chciałbyś szybki sposób na rozwiązanie problemów matematycznych bez rozpraszania się, tak jak robią to naukowcy i inżynierowie? Wiele narzędzi umożliwia wykonywanie obliczeń matematycznych bezpośrednio w terminalu Linuksa. Dzięki tym programom możesz rozwiązywać proste problemy i sprawić, że trudniejsze staną się możliwe.

11 Operatorów aritmetycznych bash

Czy kiedykolwiek musiałeś przeprowadzać obliczenia arytmetyczne podczas pracy w Bash? Możesz skorzystać z operatorów arytmetycznych Bash. Jak w przypadku wszystkiego w Bash, składnia może wyglądać nieestetycznie, ale wykona swoje zadanie.

W Bash operacje arytmetyczne są zawarte w blokach $(( )) lub znaku dolara, po którym następują dwa otwarte nawiasy, a na końcu dwa zamknięte nawiasy. Operatory arytmetyczne są podobne do tych, które można znaleźć w kalkulatorze ręcznym lub w programie do arkuszy kalkulacyjnych.

Na przykład, aby dodać dwie liczby i wydrukować je w terminalu

echo $((2 + 2))

Mówiłem, że to wygląda nieestetycznie. Powinno wydrukować liczbę 4 w terminalu.

Podobnie, aby odjąć dwie liczby;

echo $((3 - 5))

Odpowiedź będzie -2. Mnożenie używa operatora *:

echo $((42 * 25))

Operator potęgowania to ** (dwa znaki mnożenia). Możesz to zapamiętać, ponieważ potęgowanie to mnożenie liczby przez siebie:

echo $((7**2))

Dzielenie używa operatora / (ukośnik). Zwraca iloraz, ale nie resztę, która jest podawana przez operator modulo (%). Więc $((5 / 2)) zwróci 2, podczas gdy $((5 % 2)) zwróci 1, co jest resztą z dzielenia 5 przez 2. Wadą arytmetyki Bash jest to, że działa tylko na liczbach całkowitych.

Arytmetyka Bash może być lepiej dopasowana do skryptów, ale działa i jest dostępna w większości systemów Linux.

10 Python

Jeśli matematyka w Bash wygląda nieestetycznie, Python może być bardziej przystępny. Nie musisz poprzedzać swoich obliczeń $((, jak widać. Korzystanie z Pythona jest znacznie prostsze.

Wystarczy wpisać "python" w wierszu poleceń Linuksa. Jeśli masz zainstalowane iPython, możesz użyć tego zamiast. Gdy interaktywny prompt jest uruchomiony, możesz używać standardowych operatorów.

Na przykład, aby dodać:

2 + 2

Aby odjąć:

5 - 3

Aby pomnożyć:

123 * 456

Aby podzielić:

393039 / 3292

Arytmetyka w Pythonie również działa w punktach zmiennoprzecinkowych, co oznacza, że możesz od razu używać wartości dziesiętnych.

Operator potęgowania jest taki sam jak w Bash:

2**8

To zwraca liczbę 256.

Opcje arytmetyczne w trybie interaktywnym Pythona są tak łatwe, że jest to powszechny żart wśród programistów Pythona, że Python świetnie nadaje się jako kalkulator biurkowy, co jest uznawane w oficjalnym samouczku kalkulatora Pythona.

Choć możesz używać Pythona do prostych obliczeń, jego biblioteki zwiększają jego moc. Możesz korzystać z wielu bibliotek, aby zająć się wszystkim, od statystyki po rachunek różniczkowy.

Te biblioteki oraz prostota Pythona sprawiają, że jest to język wyboru dla nauki, a te same narzędzia możesz mieć bezpośrednio na swoim komputerze.

9 SageMath

Jednym z moich ulubionych narzędzi do matematyki w terminalu jest SageMath. Jest to otwarte źródło zaprojektowane jako odpowiedź na duże komercyjne pakiety, takie jak MATLAB i Mathematica, które są szeroko stosowane w akademii i przemyśle. Jest przydatne, jeśli studiujesz zaawansowaną matematykę lub chcesz poeksperymentować z potężnym systemem obliczeniowym.

SageMath opiera się na Pythonie, ale korzysta z kilku innych projektów i bibliotek open-source, w tym z tych, które są wymienione w tym artykule.

SageMath to system algebry komputerowej, co oznacza, że operuje na matematyce symbolicznej, jak kalkulator ręczny na liczbach. Jeśli weźmiesz pierwiastek kwadratowy, oceni go symbolicznie:

sqrt(42)

Sage wyświetli 42 wewnątrz symbolu pierwiastka, ponieważ nie jest to liczba doskonała. Jeśli weźmiemy pierwiastek kwadratowy z 180:

sqrt(180)

Automatycznie wyciągnie 6, ponieważ 6 do kwadratu to 36, a 36 * 5 to 180, więc wynik symboliczny to 6 razy pierwiastek.

pierwiastek z 5.

Możesz uzyskać przybliżenie dziesiętne podobne do tego, co otrzymasz przy użyciu kalkulatora naukowego z funkcją n():

n(sqrt(180))

Możesz także wybrać liczbę cyfr, które chcesz dla precyzji, za pomocą opcji digits:

n(sqrt(180),digits=5)

Oczywiście, prawdopodobnie będziesz chciał zrobić więcej niż tylko obliczać pierwiastki kwadratowe.

Możesz używać SageMath jako kalkulatora jak w Pythonie i Bashu, ale możesz zrobić także ciekawe rzeczy, takie jak rozwiązywanie równań. Aby rozwiązać równanie 5x + 3 - 15, użyj funkcji solve, aby znaleźć x:

solve(5*x + 3 == 15,x)

Sage zwróci odpowiedź 12/5. Wygląda na to, że lubi ułamki niewłaściwe.

Możesz także rozwiązywać równania kwadratowe

solve(2*x^2 + 3*x - 5,x)

Wielomiany wyższych stopni działają w ten sam sposób.

Rozwiążmy system równań liniowych. Możesz użyć funkcji solve, ale musiałbyś wypisać równania w całości. Użycie macierzy oznacza mniej pisania. Oto jak to zrobić w SageMath. Moim ulubionym przykładem jest pierwszy, który zobaczysz na stronie Wikipedii poświęconej systemom równań liniowych:

3x + 2y - z = 1

2x - 2y + 4z = -2

-x + 1/2y - z = 0

Zdefiniujemy macierz współczynników, używając komendy matrix:

A = matrix([[3,2,-1],[2,-2,4],[-1,1/2,-1]]

Następnie zdefiniujemy wektor kolumnowy:

b = vector([1,-2,0])

A potem rozwiążemy to:

A.solve_right(b)

Jest znacznie więcej, niż mogę tutaj omówić. Ponieważ SageMath oparty jest na Pythonie, możesz używać innych bibliotek Pythona z potężnym systemem algebry komputerowej. Możesz mieć funkcjonalność kalkulatora graficznego za darmo i na znacznie lepszym ekranie.

8 Maxima

Maxima to kolejny podobny system algebry komputerowej do SageMath. Opiera się na dużo starszym systemie Macsyma, który pochodzi z lat 60. na MIT. Gdy Symbolics skomercjalizowało Maxima w latach 80., Departament Energii USA licencjonował oryginał do użytku akademickiego i rządowego.

Wersja ta ostatecznie stała się open-sourcowa i została przemianowana na Maxima. Maxima ma niewielką rzeszę zwolenników w akademickim środowisku do obliczeń matematycznych i naukowych. SageMath używa jej nawet do niektórych funkcji.

Operacje są podobne do tych w SageMath. Zdania kończą się średnikiem, co może być irytujące, jeśli o tym zapomnisz. Muszę ciągle pamiętać, aby umieszczać go na końcu zdań.

Pobranie pierwiastka kwadratowego z liczby jest proste:

sqrt(4);

Możesz również rozwiązywać równania przy pomocy Maxima, podobnie jak w SageMath:

solve(5*x + 3 = 15,x);

7 R

R to popularny język do analizy statystycznej i nauki o danych. Chociaż istnieją programy graficzne IDE, które można z nim używać, działa również chętnie w terminalu. Możesz przeprowadzać proste statystyki opisowe, takie jak średnie, mediany i odchylenia standardowe oraz przechodzić do regresji liniowych i testów statystycznych, takich jak t-Studenta, Chi-kwadrat i ANOVA.

Oto kilka prostych statystyk opisowych:

Zdefiniujmy mały zestaw danych. Lista w R nazywa się wektorem:

a <- c(23, 45,25)

Obliczmy średnią wektora a:

mean(a)

A medianę:

median(a)

6 sc-im

sc-im to aplikacja arkusz kalkulacyjny, która działa w terminalu. Jeśli kiedykolwiek używałeś Lotus 1-2-3 w latach 80., układ może być ci znajomy. Opiera się na oryginalnym sc, opracowanym przez twórcę Javy, Jamesa Goslinga. Celem jest dodanie wielu usprawnień, podobnie jak w przypadku związku Vima z Vi.

Z sc-im możesz cofnąć się w czasie i wykonywać obliczenia w stylu tekstowym, wyobrażając sobie, że jesteś traderem na Wall Street.

Poruszasz się po sc-im podobnie jak w Vimie. Aby wprowadzić wartość numeryczną, naciśnij klawisz =.

Aby zsumować serię komórek, użyj funkcji sum:

=sum(A0:A4)

bc

bc to kalkulator wiersza poleceń, którego nazwa oznacza "Podstawowy Kalkulator." Oferuje wszystkie podstawowe operacje, których można się spodziewać w zwykłym kalkulatorze, ale bez frustrującej składni Bash. Tak jak Bash, bc jest częścią projektu GNU.

W przeciwieństwie do dc, bc działa w bardziej konwencjonalnym trybie notacji infiksowej. Na przykład, 2 + 2 to po prostu 2 + 2, tak jak większość ludzi uczy się tego w szkole.

dc

dc to bardzo stara narzędzie Unix, ale jest również szeroko dostępne w nowoczesnych systemach Linux. Używa formy wejścia zwanej Odwróconą Notacją Polską (RPN), która dominowała w kalkulatorach HP, z których korzystali naukowcy i inżynierowie w latach 70. i 80. XX wieku.

Kluczem do RPN jest stos. Wkładasz liczby na stos, jakby były sprężynującymi talerzami w stołówce, a następnie wyciągasz je, aby wykonać operacje. Aby obliczyć 23 + 45, wkładasz obie liczby na stos, a operator "+" je wyciąga i umieszcza wynik z powrotem na stosie.

Oto jak wygląda to w terminalu:

23
45
+

Używasz komendy "p", aby wydrukować wynik na terminalu.

Qalculate!/Qalc

Qalculate! jest znane jako potężny kalkulator z wieloma zaawansowanymi opcjami matematycznymi, ale ma również wariant wiersza poleceń, znany jako qalc. Wszystkie standardowe operacje są dostępne, ale zawiera również potężne operacje podobne do tych, które pokazano w innych programach CAS, w tym rachunek różniczkowy.

Podoba mi się sposób, w jaki podświetla wyniki w terminalu kolorem. Uważam, że to miły akcent i sprawia, że wyniki wyróżniają się na ekranie.

Jeśli jesteś prawdziwym maniakiem kalkulatorów, możesz nawet ustawić go w trybie RPN, jak w bc. Lista funkcji Qalculate to marzenie dla miłośników matematyki i nauki.

GNU Octave

GNU Octave to klon MATLAB-a, zaprojektowany do pracy z macierzami i wektorami algebry liniowej, szeroko stosowanymi we wszelkiego rodzaju obliczeniach naukowych i inżynieryjnych. Możesz mieć tę samą moc bez wysokiej opłaty licencyjnej.

Oto ten sam system, który rozwiązaliśmy wcześniej, rozwiązany w stylu Octave, mnożąc odwrotność macierzy przez wektor kolumnowy:

A = [3 2 -1; 2 -2 4; -1 1/2 -1]
b = [1; -2; 0;]
A \ b

Axiom

Podobnie jak Maxima, Axiom to system algebry komputerowej z długą historią. Idee stojące za Axiomem zostały pierwotnie opracowane przez IBM w latach 60. XX wieku. Został również wydany jako produkt komercyjny, który ostatecznie został otwarty.

Chociaż Axiom wykonuje swoje polecenia w terminalu, po otwarciu otrzymujesz zdecydowanie graficzny menu pomocy, które pokazuje wszystkie funkcje.

Podobnie jak SageMath i Maxima, możesz przenieść moc obliczeń naukowych na swoją maszynę, rozwiązując wszystko, od prostych równań po rachunek różniczkowy i algebrę liniową. Funkcja solve jest podobna do tej, którą widzieliśmy wcześniej.

solve(5*x + 3 = 15,x)

Nie ma wątpliwości, dlaczego Linux jest preferowanym systemem operacyjnym w społeczności naukowej. Istnieje wiele narzędzi dla naukowców, aby zrealizować swoje projekty, a już teraz możesz zacząć odkrywanie fascynujących światów matematyki i nauki bezpośrednio z terminalu, korzystając z tych narzędzi i wielu innych, które możesz odkryć w menedżerze pakietów.

Dowiedz się więcej: często zadawane pytania

Jak wykonać obliczenia w terminalu Linux?

Najbardziej oczywistym poleceniem do wykonywania obliczeń matematycznych w wierszu poleceń Linuksa jest expr. Oto kilka wskazówek, jak go używać:

• -

Podstawowe operacje

:
• Dodawanie: expr 2 + 3
• Odejmowanie: expr 5
• 2
• Mnożenie: expr 4 \* 2 (znak mnożenia musi być poprzedzony znakiem ucieczki \)
• Dzielenie: expr 10 / 2
• Złożone obliczenia:
• Możesz łączyć wyrażenia: expr 3 + 5 \* 2
• Zmienna:
• Możesz przypisać wynik do zmiennej: result=$(expr 5 + 3). Innym przydatnym narzędziem do obliczeń jest bc, które obsługuje bardziej skomplikowane operacje matematyczne oraz liczby zmiennoprzecinkowe. Użycie:
• echo 'scale=2; 3/2' | bc (gdzie scale określa liczbę miejsc po przecinku). Dzięki tym poleceniom możesz szybko i efektywnie wykonywać obliczenia w terminalu Linux.

Jak wykonać dodawanie w terminalu Linuxa?

Aby wykonać dodawanie w terminalu Linuxa, można stworzyć prosty skrypt powłoki. Oto kroki, jak to zrobić:

• Utwórz nowy plik skryptu: bash touch dodawanie.sh chmod +x dodawanie.sh
• Otwórz plik w edytorze: bash nano dodawanie.sh
• Wprowadź poniższy kod: bash #!/bin/bash echo 'Wprowadź pierwszą liczbę:' read num1 echo 'Wprowadź drugą liczbę:' read num2 result=$((num1 + num2)) echo 'Wynik dodawania: $result'
• Zapisz plik i wyjdź z edytora.
• Uruchom skrypt: bash ./dodawanie.sh Skrypt poprosi użytkownika o wprowadzenie dwóch liczb, obliczy ich sumę i wyświetli wynik.

Jak wyświetlić informacje o systemie Linux?

Aby wyświetlić informacje o systemie Linux, użyj polecenia uname. Stosując to polecenie, jesteśmy w stanie pozyskać wiele informacji o naszym systemie operacyjnym. Oto kilka kluczowych opcji:

• -

uname -a

• Pokazuje wszystkie dostępne informacje o systemie.
• uname -r
• Wyświetla wersję jądra systemu.
• uname -m
• Informuje o architekturze maszyny (np. x86_64).
• uname -n
• Podaje nazwę hosta. Dzięki tym poleceniom szybko uzyskasz istotne dane o swoim systemie Linux.

Jak pomnożyć w terminalu Linuxa?

Aby pomnożyć dwie liczby w terminalu Linux, można użyć polecenia expr lub bc. Oto sposoby na ich wykorzystanie:

• Użycie expr:
  - Aby pomnożyć dwie liczby, użyj komendy w ten sposób: bash expr 5 * 3
• Zwróć uwagę na użycie znaku ucieczki \ przed *, aby uniknąć błędu.
• Użycie bc:
• Możesz także użyć bc, co daje możliwość wykonywania bardziej złożonych obliczeń: bash echo '5 * 3' | bc
• To podejście obsługuje także liczby zmiennoprzecinkowe.
• Użycie arytmetyki powłoki:
• Możesz także korzystać z wbudowanej arytmetyki powłoki: bash echo $((5 * 3)) Wszystkie te metody pozwalają na szybkie i efektywne mnożenie liczb w terminalu Linux.