[java] Java Apache Commons Math 라이브러리 소개

23 Nov 2023

java

Apache Commons Math는 Java로 작성된 오픈 소스 수학 라이브러리입니다. 이 라이브러리는 다양한 수학적 작업을 수행하는 데 사용됩니다. 이번 블로그 포스트에서는 Apache Commons Math 라이브러리의 주요 기능과 몇 가지 예제를 살펴보겠습니다.

설치

Maven을 사용하여 Apache Commons Math를 프로젝트에 추가할 수 있습니다. pom.xml 파일에 다음 종속성을 추가합니다:

<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-math3</artifactId>
    <version>3.6.1</version>
</dependency>

Main 기능

선형 대수

Apache Commons Math는 선형 대수 계산에 유용한 기능을 제공합니다. 행렬, 벡터, 선형 연립 방정식 등을 다룰 수 있습니다.

import org.apache.commons.math3.linear.*;

public class LinearAlgebraExample {
    public static void main(String[] args) {
        RealMatrix matrix = MatrixUtils.createRealMatrix(new double[][]{
            {1, 2},
            {3, 4}
        });

        DecompositionSolver solver = new LUDecomposition(matrix).getSolver();
        RealVector vector = MatrixUtils.createRealVector(new double[]{5, 6});

        RealVector solution = solver.solve(vector);
        
        System.out.println(solution);
    }
}

통계 분석

Apache Commons Math는 다양한 통계 분석 기능을 제공합니다. 평균, 표준 편차, 회귀 분석 등을 수행할 수 있습니다.

import org.apache.commons.math3.stat.StatUtils;
import org.apache.commons.math3.stat.regression.SimpleRegression;

public class StatisticsExample {
    public static void main(String[] args) {
        double[] data = {1, 2, 3, 4, 5};

        double mean = StatUtils.mean(data);
        double stdDev = StatUtils.std(data);

        SimpleRegression regression = new SimpleRegression();
        regression.addData(new double[]{1, 2, 3, 4, 5}, new double[]{2, 4, 6, 8, 10});
        
        double slope = regression.getSlope();
        
        System.out.println("Mean: " + mean);
        System.out.println("Standard Deviation: " + stdDev);
        System.out.println("Slope: " + slope);
    }
}

확률 분포

Apache Commons Math는 다양한 확률 분포를 생성하고 분석할 수 있습니다. 정규 분포, 이항 분포, 포아송 분포 등을 다룰 수 있습니다.

import org.apache.commons.math3.distribution.NormalDistribution;
import org.apache.commons.math3.distribution.BinomialDistribution;
import org.apache.commons.math3.distribution.PoissonDistribution;

public class ProbabilityDistributionExample {
    public static void main(String[] args) {
        NormalDistribution normalDistribution = new NormalDistribution(0, 1);
        double randomValue = normalDistribution.sample();
        
        BinomialDistribution binomialDistribution = new BinomialDistribution(10, 0.5);
        double probability = binomialDistribution.probability(5);
        
        PoissonDistribution poissonDistribution = new PoissonDistribution(3);
        int randomValue = poissonDistribution.sample();
    }
}

수치 최적화

Apache Commons Math는 수치 최적화 알고리즘을 제공합니다. 함수 최적화, 제약 조건이 있는 최적화 등을 수행할 수 있습니다.

import org.apache.commons.math3.optim.InitialGuess;
import org.apache.commons.math3.optim.SimpleBounds;
import org.apache.commons.math3.optim.nonlinear.scalar.GoalType;
import org.apache.commons.math3.optim.nonlinear.scalar.ObjectiveFunction;
import org.apache.commons.math3.optim.nonlinear.scalar.noderiv.BOBYQAOptimizer;
import org.apache.commons.math3.optim.nonlinear.scalar.noderiv.CMAESOptimizer;

public class OptimizationExample {
    public static void main(String[] args) {
        ObjectiveFunction objective = new ObjectiveFunction(x -> Math.sin(x) * Math.exp(-x));

        BOBYQAOptimizer optimizer1 = new BOBYQAOptimizer(5);
        double result1 = optimizer1.optimize(
            GoalType.MINIMIZE,
            objective,
            new InitialGuess(0),
            new SimpleBounds(-5, 5)
        ).getValue();

        CMAESOptimizer optimizer2 = new CMAESOptimizer(500, 0, true, 0, 100, null);
        double result2 = optimizer2.optimize(
            GoalType.MAXIMIZE,
            objective,
            new InitialGuess(0),
            new SimpleBounds(-5, 5)
        ).getValue();
    }
}

예제

선형 회귀 분석

Apache Commons Math를 사용하여 선형 회귀 분석을 수행해보겠습니다. 다음은 간단한 예제입니다.

// example code here

표준 편차 계산

Apache Commons Math를 사용하여 데이터의 표준 편차를 계산하는 예제입니다.

// example code here

참고자료

Apache Commons Math 공식 문서: 링크

이상으로 Java Apache Commons Math 라이브러리의 소개 및 사용 예제에 대해 알아보았습니다. 이 라이브러리를 통해 수학적 작업을 더 쉽게 처리할 수 있습니다. 추가적인 정보는 Apache Commons Math 공식 문서를 참고하시기 바랍니다.

목차

설치