macierze

W aplikacjach graficznych jedną z dostępnych funkcji jest możliwość skorygowania perspektywy wykonanego zdjęcia. Zwykle jest to w bardzo prostej formie, gdzie korygujemy perspektywę do „wyprostowania” zdjęcia. Możliwe, że spotkałeś(-aś) się z tym w aplikacjach mobilnych, gdzie po zrobieniu zdjęcia kartki z tekstem aplikacja sama wyprostuje zdjęcie. Robienie czegoś takiego (aczkolwiek bez wykrycia położenia kartki) jest przedmiotem tego artykułu. Zrozummy temat z punktu widzenia matematyki, a następnie zaimplementujmy wszystko od zera. Aczkolwiek po drodze wskażę też, gdzie można znaleźć gotowe rozwiązania.

Do tej pory omawiając macierze, zwykle pokazywałem takie o niedużych wymiarach, ładnie wypełnione liczbami. W praktyce algorytmicznej jednak spotykamy się nie dość, że z dużo większymi macierzami, to jeszcze takimi, które mają bardzo dużo zer. Ta ostatnia cecha interesuje nas najbardziej w ramach tego artykułu, bo możemy wtedy mówić o macierzach rzadkich. Zobaczmy, jakie typowe macierze rzadkie możemy wyróżnić i jakie powstały podejścia do ich przechowywania w pamięci.

Po pokazaniu ostatnio, czym są macierze i jak wykonuje się na nich podstawowe operacje, przyszedł czas opowiedzieć o tych związanych z nimi nieco trudniejszych zagadnieniach. Teraz skupię się na obliczaniu wyznacznika macierzy, czyli operacji, która jest bardzo charakterystyczna, ale wbrew pozorom nie aż tak trudna, jak mogłoby się wydawać. Temat poruszę zarówno od strony obliczania na kartce, jak i programowania.

Spośród mnogości zagadnień matematyki akademickiej na zagadnieniach z algebry liniowej znajdziemy jedno, które jest proste, a zarazem bardzo przydatne i szeroko stosowane w informatyce. Są to macierze. W tym artykule przybliżę, czym one są, co z nimi robimy i jakie mają zastosowania, szczególnie w informatyce. Z racji tego, że jest to blog głównie informatyczno-programistyczny, a nie matematyczny, to oprócz suchych opisów jak liczymy macierze ręcznie pokażę je też od strony algorytmicznej — zaprogramujemy je.

W ostatnim artykule poruszałem temat przekształceń grafiki dwuwymiarowej, gdzie zaprezentowałem zarówno przekształcenia afiniczne, jak i perspektywiczne zapisywane w postaci macierzy przekształceń. Teraz pójdźmy o krok dalej i zobaczmy, jak to wygląda w przypadku grafiki trójwymiarowej.

Operując na grafice dwuwymiarowej, jesteśmy przyzwyczajeni, że możemy robić tak podstawowe operacje, jak jej obracanie, przesuwanie czy zmiana rozmiaru. Każdy program graficzny na to pozwala, a z punktu widzenia programisty są to operacje dostępne z poziomu CSS lub bibliotek graficznych. Ale, jak już nie raz na tym blogu, rozbiję to na czynniki pierwsze i pokażę, co tak naprawdę siedzi pod spodem tych funkcji, a dokładniej — matematyka za tym stojąca.