11 façons de faire des mathématiques sur le terminal Linux

Souhaitez-vous un moyen rapide et sans distraction de résoudre vos problèmes mathématiques comme le font les scientifiques et les ingénieurs? De nombreux outils vous permettent de faire des mathématiques directement dans le terminal Linux. Vous pouvez résoudre les problèmes faciles et rendre les problèmes difficiles avec ces programmes.

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Opérateurs arithmétiques bash

Avez-vous déjà dû faire de l'arithmétique pendant que vous travailliez à Bash? Vous pouvez utiliser des opérateurs arithmétiques bash. Comme tout le reste avec Bash, la syntaxe peut sembler moche, mais elle fera le travail.

Dans Bash, les opérations arithmétiques sont enfermées dans des blocs $ (()), ou un panneau en dollars suivis de deux parenthèses ouvertes, et fermées par deux parenthèses fermées. Les opérateurs arithmétiques sont similaires à ceux que vous pourriez trouver sur une calculatrice à main ou dans un programme de feuille de calcul.

Par exemple, pour ajouter deux nombres et les imprimer au terminal

        
echo $((2 + 2))
    

Je vous ai dit que c'était moche. Il doit imprimer le numéro 4 au terminal.

De même, pour soustraire deux nombres;

        
echo $((3 - 5))
    

La réponse sera -2. La multiplication utilise l'opérateur *:

        echo $((42 * 25))
    

L'opérateur d'exposant est ** (deux astérisques). Vous vous en souvenez par le fait que l'exponentiation multiplie un nombre par lui-même:

        echo $((7**2))

    

La division utilise l'opérateur / (slash). Il renvoie le quotient, mais pas le reste, qui est donné avec l'opérateur modulo (%). Donc $ ((5/2)) renverra 2, tandis que $ ((5% 2) rendra 1, ce qui est le reste de 5 divisé par 2. L'inconvénient de l'arithmétique bash est qu'il fait seulement des entiers.

Bash Arithmétique peut être mieux adapté aux scripts, mais il fonctionne et est disponible sur la plupart des systèmes Linux.

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Python

Si Bash Math est moche, Python pourrait être plus agréable au goût. Vous n'avez pas besoin de préfacer vos calculs avec $ ((, après tout. Utiliser Python est beaucoup plus simple.

Tapez simplement « Python » à l'invite Linux. Si Ipython installé, vous pouvez l'utiliser à la place. Avec l'invite interactive en cours d'exécution, vous pouvez utiliser les opérateurs standard.

Par exemple, pour ajouter:

        2 + 2
    

Et pour soustraire:

        5 - 3
    

À multiplier:

        123 * 456
    

Et diviser:

        393039 / 3292
    

L'arithmétique de Python se produit également au point flottant, ce qui signifie que vous pouvez utiliser des décimales immédiatement.

L'opérateur exposant est le même que celui de Bash:

        2**8
    

Cela renvoie le numéro 256.

Les options arithmétiques en mode interactif de Python sont si faciles que c'est une blague courante parmi les programmeurs Python que Python fait une excellente calculatrice de bureau, quelque chose qui est reconnu dans le didacticiel officiel de la calculatrice Python.

Bien que vous puissiez utiliser Python pour une simple arithmétique, ses bibliothèques ajoutent à sa puissance. Vous pouvez utiliser de nombreuses bibliothèques pour s'attaquer à tout, des statistiques au calcul.

Ces bibliothèques et la simplicité de Python en font un langage de choix pour la science, et vous pouvez avoir ces mêmes outils directement sur votre bureau.

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Sagemath

Sagemath est l'un de mes outils mathématiques terminaux préférés. Il est destiné à être une réponse open source aux principaux packages propriétaires comme Matlab et Mathematica qui sont largement utilisés dans le monde universitaire et l'industrie. Il est utile si vous étudiez les mathématiques avancées ou si vous souhaitez jouer avec un système de calcul puissant.

Sagemath est basé sur Python mais utilise plusieurs autres projets et bibliothèques open source, y compris d'autres qui sont mentionnés dans cet article.

Sagemath est un système d'algèbre informatique, ce qui signifie qu'il fonctionne sur des mathématiques symboliques comme une calculatrice de main fonctionne sur des nombres. Si vous prenez une racine carrée, elle l'évaluera symboliquement:

        
sqrt(42)

    

Sage affichera 42 à l'intérieur du symbole radical car il n'est pas un carré parfait. Si nous prenons la racine carrée de 180:

        
sqrt(180)

    

Il tiendra automatiquement à prendre en compte 6 car le 6 carré est 36 et 36 * 5 est 180, donc le résultat symbolique est 6 fois la racine carrée de 5.

Vous pouvez obtenir une approximation décimale similaire à ce que vous obtiendriez avec une calculatrice scientifique avec la fonction n ():

        
n(sqrt(180))

    

Vous pouvez également sélectionner le nombre de chiffres que vous souhaitez pour la précision avec l'option Digits:

        
n(sqrt(180),digits=5)

    

Bien sûr, vous voudrez probablement faire plus que prendre des racines carrées.

Vous pouvez utiliser Sagemath comme calculatrice comme avec Python et Bash, mais vous pouvez faire des choses sympas comme résoudre les équations. Pour résoudre 5x + 3 – 15, utilisez la fonction de résolution pour résoudre X:

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

Sage retournera la réponse 12/5. Il semble aimer les fractions incorrectes.

Vous pouvez également résoudre les équations quadratiques

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

Les polynômes de degrés plus élevés fonctionnent de la même manière.

Résolvons un système d'équations linéaires. Vous pouvez utiliser la fonction Solve, mais vous devrez écrire les équations en totalité. L'utilisation d'une matrice signifie moins de saisie. Voici comment vous le faites à Sagemath. Mon exemple préféré est le premier que vous voyez sur la page Wikipedia pour les systèmes d'équations linéaires:

3x + 2y – z = 1

2x -2y + 4z = -2

-x + 1 / 2y – z = 0

Nous définirons la matrice des coefficients à l'aide de la commande matricielle:

        
A = matrix(((3,2,-1),(2,-2,4),(-1,1/2,-1))

    

Ensuite, nous définirons le vecteur de colonne:

        
 b = vector((1,-2,0))
    

Et puis nous allons le résoudre:

        
A.solve_right(b)
    

Il y a tellement plus que ce que je peux couvrir ici. Étant donné que Sagemath est basé sur Python, vous pouvez utiliser d'autres bibliothèques Python avec un puissant système d'algèbre informatique. Vous pouvez avoir les fonctionnalités d'une calculatrice graphique gratuitement et sur un bien meilleur écran.

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Maxima

Maxima est un autre système d'algèbre informatique similaire à Sagemath. Il est basé sur le système MacSyma beaucoup plus ancien datant des années 1960 au MIT. Alors que Symboliques a commercialisé Maxima dans les années 1980, le Département américain de l'énergie a concédé l'original à l'usage et à l'usage du gouvernement.

Cette version serait éventuellement ouverte et renommée Maxima. Maxima a une petite suite dans le monde universitaire pour les calculs mathématiques et scientifiques. Sagemath l'utilise même pour certaines fonctions.

Les opérations sont similaires à Sagemath. Les déclarations sont résiliées par un point-virgule, ce qui peut être ennuyeux si vous l'oubliez. Je dois continuer à me souvenir de le mettre à la fin des déclarations.

Prendre la racine carrée d'un nombre est facile:

        sqrt(4);
    

Vous pouvez également résoudre des équations avec des maxima, similaires à Sagemath:

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

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R

R est une langue populaire pour l'analyse statistique et la science des données. Bien qu'il existe des programmes graphiques de type IDE que vous pouvez utiliser avec lui, il fonctionnera également avec plaisir dans le terminal. Vous pouvez faire des statistiques descriptives simples comme les moyens, les médianes et les écarts-types et passer à des régressions linéaires et des tests statistiques comme le T, le chi carré et l'ANOVA de l'élève.

Voici quelques statistiques descriptives simples:

Définissons un petit ensemble de données. Une liste dans R s'appelle un vecteur:

        a  <- c(23, 45,25)
    

Prenons la moyenne du vecteur A:

        mean(a)
    

Et la médiane:

        median(a)
    

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sc-im

SC-IM est une application de feuille de calcul qui s'exécute dans le terminal. Si vous avez déjà utilisé Lotus 1-2-3 dans les années 80, la mise en page pourrait vous sembler familière. Il est basé sur le SC original développé par le créateur de Java James Gosling. Il vise à ajouter un tas d'améliorations, similaires à la relation de VIM à VI.

Avec SC-IM, vous pouvez remonter dans le temps et exécuter les chiffres dans le style de texte et imaginer que vous êtes un commerçant de Wall Street.

Vous vous déplacez dans SC-IM similaire à VIM. Pour saisir une valeur numérique, appuyez sur la touche =.

Pour résumer une série de cellules, vous utilisez la fonction de somme:

=sum(A0:A4)

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Colombie-Britannique

BC est une calculatrice de ligne de commande qui signifie «calculatrice de base». Il a toutes les opérations de base auxquelles vous vous attendez sur une calculatrice simple mais sans la syntaxe ennuyeuse de Bash. Comme Bash, la Colombie-Britannique fait partie du projet GNU.

Contrairement à DC, BC fonctionne dans un mode de notation d'infixation plus conventionnel. Par exemple, 2 + 2 n'est que 2 + 2, la façon dont la plupart des gens apprennent à le faire à l'école.

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dc

DC est un très vieux utilitaire UNIX, mais il est également largement disponible sur les systèmes Linux modernes. Il utilise une forme d'entrée appelée notation ou RPN du poli inverse, qui dominait les calculatrices HP que les scientifiques et les ingénieurs dans les années 1970 et 1980 ont utilisés.

La clé de RPN est la pile. Vous poussez les numéros sur la pile comme s'ils sont des plaques à ressort dans un puits de cafétéria et les faire passer pour effectuer des opérations. Pour calculer 23 + 45, vous poussez les deux nombres sur la pile, et l'opérateur « + » les fait éclater et repousse le résultat sur la pile.

C'est à quoi ça ressemble dans le terminal

23
45
+

Vous utilisez la commande « P » pour imprimer le résultat au terminal.

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Qalculate! / Qalc

Qalculate! est bien connu comme une calculatrice puissante avec de nombreuses options de mathématiques avancées, mais il a également une variante de ligne de commande, connue sous le nom de QALC. Toutes les opérations standard sont là, mais il a également des opérations puissantes similaires à ce que j'ai montré dans d'autres programmes CAS, y compris le calcul.

J'aime la façon dont il met en évidence les résultats dans le terminal avec la couleur. Je pense que c'est une belle touche et fait ressortir les résultats à l'écran.

Si vous êtes un vrai nerd de calculatrice, vous pouvez même le définir sur le mode RPN comme en Colombie-Britannique. La liste des fonctionnalités Qalculate est le rêve d'un nerd mathématique et scientifique.

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Octave GNU

GNU Octave est un clone de Matlab, il est conçu pour fonctionner avec les matrices et les vecteurs de l'algèbre linéaire largement utilisés dans toutes sortes de calculs scientifiques et ingénieurs. Vous pouvez avoir le même pouvoir sans les forces de licence.

Voici le même système que nous avons résolu précédemment de style octave résolu en multipliant l'inverse de la matrice par le vecteur de colonne:

A = (3 2 -1; 2 -2 4; -1 1/2 -1)
b = (1; -2; 0;)
A  b

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Axiome

Comme Maxima, Axiom est un système d'algèbre informatique avec une longue histoire. Les idées derrière Axiom ont été initialement développées par IBM dans les années 1960. Il a également été publié en tant que produit commercial qui a finalement été open source.

Alors qu'Axiom exécute ses commandes dans le terminal, lorsqu'elle s'ouvre, vous obtenez un menu d'aide résolument graphique qui affiche toutes les fonctions.

Comme pour Sagemath et Maxima, vous pouvez apporter la puissance de l'informatique scientifique à votre machine, en s'attaquant à tout, de la résolution d'équations simples au calcul et à l'algèbre linéaire. La fonction Solve est similaire à ce que nous avons vu plus tôt.

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

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Il y a une raison pour laquelle Linux est le système d'exploitation de choix pour la communauté scientifique. Il existe de nombreux outils pour les chercheurs pour faire leur travail, et vous pouvez commencer à explorer les mondes fascinants de mathématiques et de sciences depuis votre terminal avec ces outils et les nombreux autres que vous pourriez découvrir dans votre gestionnaire de packages.