GSL(GNU Scientific Library)
是一个开源的C语言数据处理与计算库,专为科学计算而设计,它包含了大量的数学函数和算法,涵盖了从基本数学运算到高级数值分析的各个领域。
GSL库都包括以下主题:
复数
:提供对复数的支持,包括复数的基本运算和属性计算。
多项式根
:计算二次、三次及一般多项式的根,包括实系数多项式的迭代求解器。
特殊函数
:实现各种特殊数学函数,如Airy函数、Bessel函数、Gamma函数等。
向量和矩阵
:提供向量和矩阵的基本操作,包括算术运算、矩阵分解等。
排列
:生成和操作排列,提供排列与循环表示之间的转换。
排序
:对数组和向量进行排序,支持多种排序算法。
BLAS支持
:提供对基本线性代数子程序(BLAS)的接口,包括向量和矩阵操作。
线性代数
:支持线性方程组的求解、矩阵分解和特征值计算等。
特征系统
:计算矩阵的特征值和特征向量,支持对称、非对称及广义特征值问题。
快速傅里叶变换
:实现复数和实数数据的快速傅里叶变换(FFT)。
数值积分
:提供多种数值积分方法,用于求解定积分和不定积分。
随机数
:生成伪随机数和准随机数,支持多种概率分布。
准随机数序列
:生成低差异序列,用于蒙特卡洛模拟等应用。
随机分布
:从给定的概率分布中生成随机样本。
统计
:提供基本的统计函数,如均值、方差、直方图等。
直方图
:生成和操作直方图,用于数据可视化和分析。
N元组
:处理事件关联的值集合,支持直方图绘制和选择函数。
蒙特卡洛积分
:使用蒙特卡洛方法进行多维积分计算。
模拟退火
:实现模拟退火算法,用于全局优化问题。
微分方程
:求解常微分方程(ODE)初值问题,支持多种求解方法。
插值
:提供多种插值方法,如线性插值、多项式插值等。
数值微分
:计算函数的数值导数。
切比雪夫逼近
:使用切比雪夫多项式进行函数逼近。
序列加速
:加速收敛序列的计算,如使用Levin u-变换。
离散Hankel变换
:计算离散Hankel变换。
寻根
:寻找函数的根,支持多种寻根算法。
最小化
:求解函数的最小值,支持多种优化算法。
最小二乘拟合
:使用最小二乘法进行数据拟合。
物理常数
:提供物理和数学中常用的常数。
IEEE浮点数
:处理IEEE标准的浮点数运算和表示。
离散小波变换
:实现离散小波变换(DWT),用于信号分析和处理。
B样条
:提供B样条基函数和相关的计算功能。
运行统计
:动态计算数据的统计量,如中位数、分位数等。
稀疏矩阵和线性代数
:处理稀疏矩阵,支持稀疏线性代数的运算和求解。
GSL库官方网址:GSL - GNU Scientific Library
GSL库官方教学文档:gsl-ref.pdf
这里直接在清华的镜像库下载源码,我选择的是gsl-2.8.tar.gz
。
GSL库清华镜像下载地址:GSL
我使用的是VS Code
+ SSH
把安装包传送到Ubuntu系统上,随后解压输入命令安装包:
tar -zxvf gsl-2.8.tar.gz
进入解压后的源码目录:
cd gsl-2.8
运行configure
脚本以配置编译信息,--prefix=/usr
选项指定了安装路径为系统默认的/usr
sudo ./configure --prefix=/usr
配置完成后,使用make
命令编译GSL库,然后使用sudo make install
命令安装GSL库:
sudo make
sudo make install
接下来即可开始使用GSL库了,这里使用GSL库计算正态分布概率密度函数(PDF)
和累积分布函数(CDF)
:
#include <stdio.h>
#include <gsl/gsl_randist.h>
#include <gsl/gsl_cdf.h>
int main() {
const double mu = 0.0; // 均值
const double sigma = 1.0; // 标准差
const double x = 1.0; // 计算点
// 计算正态分布PDF
double pdf = gsl_ran_gaussian_pdf(x, sigma);
printf("PDF at x = %.2f: %f\n", x, pdf);
// 计算正态分布CDF
double cdf_lower = gsl_cdf_gaussian_P(x, sigma);
double cdf_upper = gsl_cdf_gaussian_Q(x, sigma);
printf("CDF lower tail at x = %.2f: %f\n", x, cdf_lower);
printf("CDF upper tail at x = %.2f: %f\n", x, cdf_upper);
return 0;
}
输入命令编译并运行C语言文件,-lgsl
命令用于链接GSL库,-lgslcblas
命令用于链接GSL的CBLAS
库,-lm
命令用于链接数学库:
gcc -o test test.c -lgsl -lgslcblas -lm
./test
运行结果如下:
接下来使用R语言验证一下计算结果:
验证结果完全OK。