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2-2-1 向量
向量是一维的张量,它与线段的差别是除了长度(Magnitude)以外,还有方向(Direction),其数学表示法为
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P28_914857.jpg?sign=1738883664-E9JBTdr52GxXtg5P1bnPg1HMPvXzb2av-0-6123b503fe153e4cedc65e09fd91e9ec)
图形表示如图2.3所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P28_625069.jpg?sign=1738883664-dYAD217XA0gK5sISGAOLNTM5dle6yVXg-0-0c2d11922ced03f917b3164ad76b6868)
图2.3 向量长度与方向
下面使用程序计算向量的长度与方向,请参阅02_01_线性代数_向量.ipynb。
1.长度
计算公式为欧几里得距离(Euclidean Distance),即
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P29_914858.jpg?sign=1738883664-noCEC7BL8aO9C4xkKKeRkPOHwOfeeuK1-0-95e25e37dc7993d47eb2289bc8fcfda8)
程序代码如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P29_625535.jpg?sign=1738883664-5No246zbUZsJiGDrnODUSVmQHTs3MyBD-0-6db9ee218395bded86607ade28a79a20)
也可以使用np.linalg.norm()计算向量长度,程序代码如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P29_625542.jpg?sign=1738883664-gVhYhLEVwxbvW2uYybDmpFAtPUkeKYGN-0-6f397aa2111608bc79ed466bc94856b5)
2.方向
使用tan-1()函数计算
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P29_914859.jpg?sign=1738883664-PYP7kG2ww8kGghTZl69LjXRDkR4AwPdh-0-fd32e58510418fd4890bcc4ad6646664)
移项为
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P29_914860.jpg?sign=1738883664-AumXGyQ3fa8PqHOFoqf3Blonc7cMB1kn-0-74a972436fa5e45f2754d0fa15e5ed43)
程序代码如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P29_625561.jpg?sign=1738883664-z73nmNH55dYObzfVz6Q11RNq1KQNm9aG-0-443028d5cb9e837639f202acc7b28519)
3.向量四则运算规则
(1)加减乘除一个常数:常数直接对每个元素作加减乘除。
(2)加减乘除另一个向量:两个向量相同位置的元素作加减乘除,所以两个向量的元素个数必须相等。
4.向量加减法
向量加减一个常数,长度、方向均改变。
(1)程序代码如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P30_625998.jpg?sign=1738883664-c7ExeOoirTausDDoeTyDhrOBHeJ42DlD-0-26cce574719789fbb1efd948dbfee4a9)
(2)执行结果:如图2.4所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P30_626005.jpg?sign=1738883664-JG3LNO3AwftNAO2OJQ1iHUzqHXosegQ3-0-266777b927fdfa0486a3409894f81a5d)
图2.4 向量加减一个常数,长度、方向均改变
5.向量乘除法
向量乘除一个常数,长度改变、方向不改变。
(1)程序代码如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P30_626009.jpg?sign=1738883664-3Y0p3WLUkcD2cFACtfMcVqQWqivUV46j-0-30376713d3b3c09a367b9b7a306097cc)
(2)执行结果:如图2.5所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P31_626450.jpg?sign=1738883664-brDudUjl0wXGcNEttrXy2ollRoOkT2qF-0-2c34fd918a866b003ea26e36bd8b7136)
图2.5 向量乘除一个常数,长度改变、方向不改变
6.向量加减乘除另一个向量
两个向量的相同位置的元素作加减乘除。
(1)程序代码如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P31_626454.jpg?sign=1738883664-sS7rUCUcoGzq7FMKLs1KTn0Q7Nhyot8P-0-02aa417f4e867f5bb6a1681a87c92019)
(2)执行结果:如图2.6所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P31_626461.jpg?sign=1738883664-6UUL88mbifI70grZvFSyCn86PEKBqquv-0-46e7725dcb31b20f398524993317538c)
图2.6 向量加另一个向量
7.“内积”或称“点积”(Dot Product)
公式为
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P32_914861.jpg?sign=1738883664-LOmfKOQx8SdaQRP9hxZXj2meVY63I0Kn-0-328f6b83ee70bdbad8282813978e4ce4)
numpy是以@作为内积的运算符号,而非*。程序代码如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P32_626906.jpg?sign=1738883664-rIYzaKmAxWPyRgZcNqOJN7HEvXVy4i4d-0-ab638d2ec41d795131b61bd7b7aa6e71)
8.计算两个向量的夹角
公式为
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P32_914862.jpg?sign=1738883664-uGZuvecrVsDltLy0ahc4ycWXdJcNzNd1-0-41f6b573ba5781fdecb3d555f77e7b0a)
移项,得
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P32_914863.jpg?sign=1738883664-2KEan64MvzGYau9xFowDFoLk3s5xw6Wc-0-1d14828b4e9ed9d9e65b209bbb22d7ac)
再利用cos-1()计算夹角θ。程序代码如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P32_626931.jpg?sign=1738883664-53iM166Y5m0fUIuGjanALoihWCvjd2sj-0-9b5d0ea652d8dd092d964be87a5f08fb)