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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=1739656450-GLWNOcaoiqa3uXRyT6czjCskY8u7QS4p-0-fdea7c958ca2114cdd97603554efe86c)
图形表示如图2.3所示。
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P28_625069.jpg?sign=1739656450-84cfI5QeprGsD2O28mU3RcO5mQxdO1jI-0-47c7f4574ff36696872c7a461540e152)
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=1739656450-xNUyIDr4ozjI0E7wwDZM0GO54gnPndSu-0-18e09da617f7f01358cdcc6759198d41)
程序代码如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P29_625535.jpg?sign=1739656450-nQDZbvkeeoV44Fwdi42XE2WZiz71H2Fl-0-abb8637fd6833b2ee6f646e9df64c22e)
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=1739656450-t2a3CSGEW7Tizjgpzl5M7swJtlms1vm4-0-47f9c5aaff08d863074cc02328731d91)
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=1739656450-nmyTwLVNE5bN7Js7nX9Z9d6s0J8ifceJ-0-2a3aab7be29151e6fd20330d89fb53a1)
移项为
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P29_914860.jpg?sign=1739656450-m0hYiK03p5rNuKq8Fl9gdL5xDlpM0xZt-0-0c06d5bf9b64d1e08aeb5f99132daca5)
程序代码如下:
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P29_625561.jpg?sign=1739656450-QlL0Db9AkULQT2umYXgiLSwEUEp7u0M8-0-e328342c52f173347625527a3fee5e09)
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=1739656450-RQXdiRV5igBa9WvyYsw9Ua4ajQvoWZTg-0-b722a26d016628ce503fc5e5661cfdf9)
(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=1739656450-mfDFEPyczImNOFco7cEJV5dRkC58Xu6G-0-bfabad6c904019d98204a375158b2a95)
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=1739656450-8ACz1egWnECGcdoe9g3xUWdHwBVtdS5n-0-3db9c315f447de2bbb76194a267715fc)
(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=1739656450-yLZCWiMjbeNavmeCh02EgDTspMqQrhPn-0-80c5f2ee3b497f4c6298042b80179ebf)
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=1739656450-pmAnLqvbZBisK687uJwOUP7DmGN9maQm-0-25d4f4de77cbf5249be15afa5ba9a92d)
(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=1739656450-IgVt5abgzcPgbSY8wzLnWgpRHsPhCJRm-0-7e99a5ccdb451770e868dd415f1ccb05)
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=1739656450-4ekBFy69OAPdsEkio1q5c3xOaB5PK5zd-0-8a4d6f81106f5353aade159ec1a9d529)
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=1739656450-fl8PuL6qsbj7FOrqjPz2hGbWPfjQP8MM-0-c42d76fd87a5f4a18c745e8f4af1712f)
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=1739656450-38tbYWjTFWqaHgT7mM9navH72HDwL5rf-0-e9fa9fc7db08abf5b4b28e5071199c23)
移项,得
![](https://epubservercos.yuewen.com/E1A109/26581885501428906/epubprivate/OEBPS/Images/Figure-P32_914863.jpg?sign=1739656450-2PGawSDiBLNUijpCKdzh6dNWNifhj9TW-0-7d9badaa26a30a0f0b25d7e34fa1031b)
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=1739656450-pFneSYaF8KOhsDxm2J9a3tzv4rgz9DbE-0-e2fa3b25b91f05a787e02ff52899968b)