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 artykule o krzywych Béziera wspomniałem, że będą one zawsze zawierać się wewnątrz otoczki wypukłej wszystkich punktów kontrolnych je opisujących. Można zadać bardzo trafne pytanie — jak je wyznaczyć? Mimo że na pierwszy rzut oka nie brzmi to jakoś fascynująco, to znajdowanie otoczki wypukłej jest dość ciekawym zagadnieniem algorytmicznym. Pokażę jedno podejście, które wykorzystując bardzo proste założenia, przeprowadza nas przez kilka różnych zagadnień związanych z geometrią obliczeniową, rozwijając tym samym postrzeganie, jak można podchodzić do rozwiązywania problemów algorytmicznych.

Omawiając ostatnio algebrę zbiorów, przedstawiłem jej zastosowanie w najbardziej oczywisty dla programistów sposób — na strukturach danych zbiorów i tablic. Jak się jednak okazuje, zagadnienia z niej mają znacznie więcej zastosowań w informatyce. Tym razem pokażę, jakie przełożenie ma ten obszar logiki matematycznej na język programowania TypeScript, a dokładniej na jego system typów. Innymi słowy, nie zastosujemy logiki w wykonywalnym kodzie programu, ale w technicznym opisie tego, co my w ogóle programujemy. A patrząc z jeszcze innej strony — poznamy wycinek teorii typów w praktyce.

Przedstawiając ostatnio podstawy logiki dla informatyków, ograniczyłem się tylko do podstaw rachunku zdań — bo to on jest najczęściej spotykany. Następnie opisałem kwantyfikatory, które rzadziej spotyka się w programowaniu, ale wciąż należy je znać. Moim zdaniem kolejnym często spotykanym zagadnieniem z logiki, aczkolwiek już mniej kojarzonym z programowaniem, jest algebra zbiorów. Zobaczmy, czym ona jest i jakie ma zastosowanie w informatyce.

Przedstawiając ostatnio podstawy logiki dla informatyków, ograniczyłem się tylko do rachunku zdań, bo to on jest najczęściej spotykany. Jednak logika matematyczna jest dużo bardziej rozbudowana i inne jej elementy też znajdują zastosowanie praktyczne. Kolejnym zagadnieniem, które chcę przedstawić, jest rachunek kwantyfikatorów. Z naszego punktu widzenia będzie to krótkie i proste, ale warte opowiedzenia.

Dość często można spotkać się w Internecie z twierdzeniem, że aby programować, nie trzeba znać matematyki. Jednak jakkolwiek na to nie spojrzeć, komputer to przerośnięty kalkulator, maszyna obliczeniowa, stąd w wielu dziedzinach programowania natkniemy się na różne rzeczy wywodzące się z matematyki. Jest jeden dział matematyki, z którym do czynienia ma na co dzień każdy programista, a nawet ogólniej — każdy informatyk. Tym działem jest logika matematyczna. Poznajmy i uporządkujmy sobie jej absolutne podstawy w kontekście programowania.

W ostatnim artykule przedstawiłem odwrotną notację polską (ONP) i jak obliczać wyrażenia matematyczne zapisane za jej pomocą. Jednak powiedzmy sobie szczerze — pisząc aplikację obliczającą wyrażenia, nie możemy zmuszać użytkowników do stosowania małopopularnej notacji tylko dlatego, że wygodnie się ją programuje. Dlatego też w tym artykule opiszę, w jaki sposób wiedzę na temat ONP zastosować do obliczania wyrażeń matematycznych zapisanych w tradycyjny, infiksowy sposób.

Kolejność wykonywania działań to, jak można zauważyć w Internecie, jeden z największych problemów, jakie przeciętne osoby mają z matematyką. Regularnie od wielu lat pojawia się w mediach społecznościowych jakiś wariant zagadki „oblicz 6/2(2+1)”, gdzie ludzie się kłócą, czyja odpowiedź jest prawidłowa. W idealnym świecie takich problemów nie powinno być. Dlatego powstały alternatywne sposoby zapisu działań matematycznych pozbywające się nawiasów, takie jak np. odwrotna notacja polska. Nasz świat idealnym jednak nie jest, więc męczymy się z nawiasami, ale poznajmy tę notację, bo akurat w świecie informatyki ma ona duże znaczenie.