
【計】 interval arithmetic
【化】 interval(space)
operation
【計】 O; OP; operation
區間運算是數學與計算機科學交叉領域的重要概念,其漢英對照定義為:在數值分析中,通過定義區間數的算術規則,處理不确定性或誤差傳播的計算方法(英文:Interval Arithmetic或Interval Computation)。以下是核心要點解析:
數學定義與原理
區間運算以閉區間$[a,b]$為基本單位,其中$a leq b$。其四則運算規則為: $$ [a,b] + [c,d] = [a+c, b+d] [a,b] times [c,d] = [min(ac,ad,bc,bd), max(ac,ad,bc,bd)] $$ 該理論由Ramon E. Moore于1966年系統化提出,用于控制浮點計算誤差。
應用領域
根據《IEEE計算智能期刊》研究,區間運算在工程優化、機器人路徑規劃及金融風險評估中可量化結果邊界,例如在控制系統中驗證穩定性。
權威定義對比
國際計算機學會(ACM)數據庫記錄,現代編程語言如Julia、Python的NumPy已通過庫函數(如IntervalArithmetic.jl)實現該運算,支持自動微分與可靠計算。
區間運算(Interval Arithmetic)是數學和計算機科學中的一種計算方法,用于處理數值的不确定性或誤差範圍。它通過将數值表示為區間(如 ([a, b]),其中 (a leq b))而非精确值,确保計算結果能夠涵蓋所有可能的真實值範圍。以下是詳細解釋:
加法
[
[a, b] + [c, d] = [a + c, b + d]
]
示例:([1, 3] + [2, 5] = [3, 8])。
減法
[
[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(當除數區間不包含0時)
[
[a, b] ÷ [c, d] = [a, b] times left[frac{1}{d}, frac{1}{c}right]
]
示例:([2, 4] ÷ [1, 2] = [1, 4])。
假設函數 (f(x) = x - 2x),輸入區間為 ([1, 3]):
區間運算通過明确的範圍界定,為不确定性問題提供了數學工具,廣泛應用于工程、金融和計算機領域。
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