数学库Math.js用法示例

程序笔记 2024年07月25日09:43

什么是 Math.js

Math.js 是一个适用于 JavaScript 和 Node.js 的扩展数学库，具有灵活的表达式解析器，支持符号计算，附带大量内置函数和常量，并提供集成解决方案来处理不同的数据类型，如：数字、大数字、复数、分数、单位和矩阵等等，功能强大且易于使用。

mathjs 官网地址：https://mathjs.org/

Math.js 适用于任何兼容 ES6 的 JavaScript 引擎，包括 Node.js、Chrome、Firefox、Safari 和 Edge。Math.js 的典型特征包括：

支持数字、大数字、复数、分数、单位、字符串、数组和矩阵。与 JavaScript 的内置数学库兼容。包含灵活的表达式解析器。支持符号计算。带有大量内置函数和常量。可以用作命令行应用程序。可在任何 JavaScript 引擎上运行。易于扩展且完全开源。

目前 Math.js 在 Github 通过 MIT 协议开源，有超过 13.7k 的 star、1.3k 的 fork、项目依赖量 63.8k、代码贡献者 200+、妥妥的前端优质开源项目。

为什么需要 Math.js

实际上，Math.js 试图实现的是提供一个环境，开发者可以在其中使用混合数据类型（Mixed Data Types）进行计算，例如：将常规数字与复数或 BigNumber 相乘，并处理矩阵中的所有数据。 Math.js 还允许轻松添加新的数据类型，例如 BigInt。

Math.js 使用的解决方案有两个核心组成部分：

类型化函数（Typed functions）：所有函数都使用 typed-function 创建，从而使得使用新数据类型动态创建和扩展单个函数、自动对函数输入进行类型转换等变得更加容易。因此，如果要为两个数字创建乘法函数，则可以通过支持两个 BigInt 相乘来扩展。如果定义从 BigInt 到数字的转换，typed-function 自动允许将 BigInt 与数字相乘。

import typed from 'typed-function'
// 创建 typed-function 函数
var fn1 = typed({
  'number, string': function (a, b) {
    return 'a is a number, b is a string';
  }
});
// 创建每个参数具有多种类型的类型化函数（类型联合）
var fn2 = typed({
  'string, number | boolean': function (a, b) {
    return 'a is a string, b is a number or a boolean';
  }
});
// 使用任何类型参数创建类型化函数
var fn3 = typed({
  'string, any': function (a, b) {
    return 'a is a string, b can be anything';
  }
});

依赖注入（Dependency injection）：当有一个支持 BigInt 的 multiply 函数时，由于依赖注入，其他在底层使用 multiply 的函数也将自动支持 BigInt，反之亦然。如果不需要太重的 multiply（支持 BigNumbers、矩阵等），并且只需要简单的数字支持，则可以使用仅用于数字的轻量级 multiply 实现，并将其注入到 prod 和其他函数中。

在最底层，mathjs 具有创建不可变（immutable）函数的不可变工厂函数。核心函数 math.create(...) 用于创建一个新实例，其中包含从所有传递的工厂函数创建的函数， mathjs 实例是创建的函数的集合。其包含一个像 math.import 这样的函数，允许使用新函数扩展实例，然后可以在表达式解析器中使用。

注意：typed-function 库以灵活、有组织的方式将类型检查逻辑和类型转换移到函数之外。如果输入参数错误，则自动抛出信息错误。

如何使用 Math.js

Math.js 可以在 Node.js 和浏览器环境中使用，使用方式与 JavaScript 的内置 Math 库类似。除此之外，math.js 可以计算表达式并支持链式操作。

// 函数和常量
math.round(math.e, 3); // 2.718
math.atan2(3, -3) / math.pi; // 0.75
math.log(10000, 10); // 4
math.sqrt(-4); // 2i
math.pow(
  [
    [-1, 2],
    [3, 1],
  ],
  2
); // [[7, 0], [0, 7]]

// 表达式
math.evaluate('12 / (2.3 + 0.7)'); // 4
math.evaluate('12.7 cm to inch'); // 5 inch
math.evaluate('sin(45 deg) ^ 2'); // 0.5
math.evaluate('9 / 3 + 2i'); // 3 + 2i
math.evaluate('det([-1, 2; 3, 1])'); // -7

// 链式操作
math.chain(3).add(4).multiply(2).done(); // 14

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