
【计】 interval arithmetic
【化】 interval(space)
operation
【计】 O; OP; operation
区间运算是数学与计算机科学交叉领域的重要概念,其汉英对照定义为:在数值分析中,通过定义区间数的算术规则,处理不确定性或误差传播的计算方法(英文:Interval Arithmetic或Interval Computation)。以下是核心要点解析:
数学定义与原理
区间运算以闭区间$[a,b]$为基本单位,其中$a leq b$。其四则运算规则为: $$ [a,b] + [c,d] = [a+c, b+d] [a,b] times [c,d] = [min(ac,ad,bc,bd), max(ac,ad,bc,bd)] $$ 该理论由Ramon E. Moore于1966年系统化提出,用于控制浮点计算误差。
应用领域
根据《IEEE计算智能期刊》研究,区间运算在工程优化、机器人路径规划及金融风险评估中可量化结果边界,例如在控制系统中验证稳定性。
权威定义对比
国际计算机学会(ACM)数据库记录,现代编程语言如Julia、Python的NumPy已通过库函数(如IntervalArithmetic.jl)实现该运算,支持自动微分与可靠计算。
区间运算(Interval Arithmetic)是数学和计算机科学中的一种计算方法,用于处理数值的不确定性或误差范围。它通过将数值表示为区间(如 ([a, b]),其中 (a leq b))而非精确值,确保计算结果能够涵盖所有可能的真实值范围。以下是详细解释:
加法
[
[a, b] + [c, d] = [a + c, b + d]
]
示例:([1, 3] + [2, 5] = [3, 8])。
减法
[
[a, b] - [c, d] = [a - d, b - c]
]
示例:([1, 3] - [2, 5] = [-4, 1])。
乘法
[
[a, b] times [c, d] = [min(ac, ad, bc, bd), max(ac, ad, bc, bd)]
]
示例:([1, 3] times [2, 5] = [2, 15])。
除法(当除数区间不包含0时)
[
[a, b] ÷ [c, d] = [a, b] times left[frac{1}{d}, frac{1}{c}right]
]
示例:([2, 4] ÷ [1, 2] = [1, 4])。
假设函数 (f(x) = x - 2x),输入区间为 ([1, 3]):
区间运算通过明确的范围界定,为不确定性问题提供了数学工具,广泛应用于工程、金融和计算机领域。
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