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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=1739011808-CJJSjN4B95i3EfeiYCA1lq0HtqvJ05fM-0-0914f62ddce694e9785d1a13c9e1c582)
图形表示如图2.3所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P28_625069.jpg?sign=1739011808-QqqKhGB4qgMKfjJ7OmmNOelQyX2xf9fN-0-aa2628448d87bbea5b933a7a71304175)
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=1739011808-TdhjkaRgT1goz5jaGrfRomWedeVb0kiw-0-89657746d92e217679dc3625e9523293)
程序代码如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P29_625535.jpg?sign=1739011808-gEYUt6XU23PI24sfeYJpEKeoEWZH7VDM-0-a2d0e8760162f8aa27969cf8c54ccfa0)
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=1739011808-KSQCDakoacCcqsU1lECNdXv6suzKV1mk-0-27af1b605371dcca5e1e3005e949624d)
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=1739011808-RtWE3ZplfKD4bq6yMVFzgfHpF72ydv4c-0-109ef4eb4c8fe5689362f75067ea5e8b)
移项为
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P29_914860.jpg?sign=1739011808-hLW19wTOg3bETf0sUsrBBygRBDA2Um3D-0-87d9d7ca2501989f24aeb4b4a3f1f1db)
程序代码如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P29_625561.jpg?sign=1739011808-zULLQuWAv5eNH92wz8g0eOnfQ2jK3DWm-0-86abf1f972edbe891cccb03c4bf7bced)
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=1739011808-s94L24ZEQ4Pl0HSncggce0dK55F6K7iV-0-ea70b003b54f72f969d1a5e10a5ed91b)
(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=1739011808-YkkLo5bM2ZppDBpdYVtfNP9QbiZvTpNq-0-bb033cf2565781887f651ff473e55cf5)
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=1739011808-wkzaS2pt9reWo737nBanaOhss0mHCH9o-0-d42c6fd0b8cec638477f0fc7d954bbcf)
(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=1739011808-yZoMcKkqzXSraZ95LtF8zMloWXdOi6vG-0-7ae34f02516c9023c9cde9bd147a0e78)
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=1739011808-AnQzNIyIHpw2qnwntsTXeUrCYaFFX2kZ-0-96f04373e3b3ed24f20ebbe9f8d40064)
(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=1739011808-xhAo9jXxuEfdf1oXESnbQqgGm3SpKCuJ-0-d502f0d8ada5df451ca60f942170906a)
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=1739011808-1Rpw0Dt8J75an4MW0llA35Fp0LFQxhy3-0-94e3536f7ad74ab98f305f4416b40f86)
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=1739011808-IReHcFdSt7DAj9gDuiXYRWpS3ljUnpJw-0-5e788ed06cba4708dadaf1c0740bc212)
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=1739011808-c2pIvCbs2xVssilW43jflLmG7lXYH0xN-0-50ae9c28dc2340173abf05a61f042fd0)
移项,得
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P32_914863.jpg?sign=1739011808-qANYJuAnfDs7XSGEMW1UYjoeoFtOu04H-0-995989cef0b12c78862e09ef26f86dd6)
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=1739011808-G3LoSkU6nK6iDXtfwPBHZ7VoLoLd3Nyb-0-d7fa13f84c02140e7051e2fa3c265b85)