Dada una matriz cuadrada, genera los valores propios de la matriz. Cada valor propio debe repetirse varias veces igual a su multiplicidad algebraica.

Los valores propios de una matriz Ason valores escalares λde tal manera que, por alguna vector columna v, A*v = λ*v. También son las soluciones al polinomio característico de A: det(A - λ*I) = 0(donde Iestá la matriz de identidad con las mismas dimensiones que A).

Las salidas deben tener una precisión de 3 dígitos significativos. Todas las entradas y salidas estarán dentro del rango representable de valores numéricos para el idioma elegido.

Las incorporaciones son aceptables, pero le recomendamos que incluya soluciones que no las utilicen.

Casos de prueba

En estos casos de prueba, Irepresenta la unidad imaginaria. Los números complejos se escriben en el formulario a + b*I. Todas las salidas tienen 3 dígitos significativos de precisión.

[[42.0]] -> [42.0]
[[1.0, 0.0], [0.0, 1.0]] -> [1.00, 1.00]
[[1.0, 2.0, 3.0], [4.0, 5.0, 6.0], [7.0, 8.0, 9.0]] -> [16.1, -1.12, -1.24e-15]
[[1.2, 3.4, 5.6, 7.8], [6.3, 0.9, -5.4, -2.3], [-12.0, -9.7, 7.3, 5.9], [-2.5, 7.9, 5.3, 4.4]] -> [7.20 + 5.54*I, 7.20 - 5.54*I, -4.35, 3.75]
[[-3.22 - 9.07*I, 0.193 + 9.11*I, 5.59 + 1.33*I, -3.0 - 6.51*I, -3.73 - 6.42*I], [8.49 - 3.46*I, -1.12 + 6.39*I, -8.25 - 0.455*I, 9.37 - 6.43*I, -6.82 + 8.34*I], [-5.26 + 8.07*I, -6.68 + 3.72*I, -3.21 - 5.63*I, 9.31 + 3.86*I, 4.11 - 8.82*I], [-1.24 + 9.04*I, 8.87 - 0.0352*I, 8.35 + 4.5*I, -9.62 - 2.21*I, 1.76 - 5.72*I], [7.0 - 4.79*I, 9.3 - 2.31*I, -2.41 - 7.3*I, -7.77 - 6.85*I, -9.32 + 2.71*I]] -> [5.18 + 16.7*I, -24.9 - 2.01*I, -5.59 - 13.8*I, 0.0438 - 10.6*I, -1.26 + 1.82*I]
[[-30.6 - 73.3*I, 1.03 - 15.6*I, -83.4 + 72.5*I, 24.1 + 69.6*I, 52.3 + 2.68*I, 23.8 + 98.0*I, 96.8 + 49.7*I, -26.2 - 5.87*I, -52.4 + 98.2*I, 78.1 + 6.69*I], [-59.7 - 66.9*I, -26.3 + 65.0*I, 5.71 + 4.75*I, 91.9 + 82.5*I, -94.6 + 51.8*I, 61.7 + 82.3*I, 54.8 - 27.8*I, 45.7 + 59.2*I, -28.3 + 78.1*I, -59.9 - 54.5*I], [-36.0 + 22.9*I, -51.7 + 10.8*I, -46.6 - 88.0*I, -52.8 - 32.0*I, -75.7 - 23.4*I, 96.2 - 71.2*I, -15.3 - 32.7*I, 26.9 + 6.31*I, -59.2 + 25.8*I, -0.836 - 98.3*I], [-65.2 - 90.6*I, 65.6 - 24.1*I, 72.5 + 33.9*I, 1.47 - 93.8*I, -0.143 + 39.0*I, -3.71 - 30.1*I, 60.1 - 42.4*I, 55.6 + 5.65*I, 48.2 - 53.0*I, -3.9 - 33.0*I], [7.04 + 0.0326*I, -12.8 - 50.4*I, 70.1 - 30.3*I, 42.7 - 76.3*I, -3.24 - 64.1*I, 97.3 + 66.8*I, -11.0 + 16.5*I, -40.6 - 90.7*I, 71.5 - 26.2*I, 83.1 - 49.4*I], [-59.5 + 8.08*I, 74.6 + 29.1*I, -65.8 + 26.3*I, -76.7 - 83.2*I, 26.2 + 99.0*I, -54.8 + 33.3*I, 2.79 - 16.6*I, -85.2 - 3.64*I, 98.4 - 12.4*I, -27.6 - 62.3*I], [82.6 - 95.3*I, 55.8 - 73.6*I, -49.9 + 42.1*I, 53.4 + 16.5*I, 80.2 - 43.6*I, -43.3 - 3.9*I, -2.26 - 58.3*I, -19.9 + 98.1*I, 47.2 + 62.4*I, -63.3 - 54.0*I], [-88.7 + 57.7*I, 55.6 + 70.9*I, 84.1 - 52.8*I, 71.3 - 29.8*I, -3.74 - 19.6*I, 29.7 + 1.18*I, -70.6 - 10.5*I, 37.6 + 99.9*I, 87.0 + 19.0*I, -26.1 - 82.0*I], [69.5 - 47.1*I, 11.3 - 59.0*I, -84.3 - 35.1*I, -3.61 - 35.7*I, 88.0 + 88.1*I, -47.5 + 0.956*I, 14.1 + 89.8*I, 51.3 + 0.14*I, -78.5 - 66.5*I, 2.12 - 53.2*I], [0.599 - 71.2*I, 21.7 + 10.8*I, 19.9 - 97.1*I, 20.5 + 37.4*I, 24.7 + 40.6*I, -82.7 - 29.1*I, 77.9 + 12.5*I, 94.1 - 87.4*I, 78.6 - 89.6*I, 82.6 - 69.6*I]] -> [262. - 180.*I, 179. + 117.*I, 10.3 + 214.*I, 102. - 145.*I, -36.5 + 97.7*I, -82.2 + 89.8*I, -241. - 104.*I, -119. - 26.0*I, -140. - 218.*I, -56.0 - 160.*I]

Haskell , 576 554 532 507 bytes

No hay incorporados!

import Data.Complex
s=sum
l=length
m=magnitude
i=fromIntegral
(&)=zip
t=zipWith
(x!a)b=x*a+b
a#b=[[s$t(*)x y|y<-foldr(t(:))([]<$b)b]|x<-a]
f a|let c=[1..l a];g(u,d)k|m<-[t(+)a b|(a,b)<-a#u&[[s[d|x==y]|y<-c]|x<-c]]=(m,-s[s[b|(n,b)<-c&a,n==m]|(a,m)<-a#m&c]/i k)=snd<$>scanl g(0<$c<$c,1)c
p?x|let f=foldl1(x!);c=l p-1;n=i c;q p=init$t(*)p$i<$>[c,c-1..];o=f(q p)/f p;a|d<-sqrt$(n-1)*(n*(o^2-f(q$q p)/f p)-o^2)=n/last(o-d:[o+d|m(o-d)<m(o+d)])=last$p?(x-a):[x|m a<1e-9]
z[a,b]=[-b/a]
z p=p?0:z(init$scanl1(p?0!)p)

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¡Muchas gracias @ ØrjanJohansen por un total de -47 bytes!

Explicación

Primero, calcula el polinomio característico con el algoritmo Faddeev-LeVerrier, que es la función f. Luego, la función zcalcula todas las raíces de ese polinomio mediante la iteración gque implementa el Método de Laguerre para encontrar una raíz, una vez que se encuentra una raíz, se elimina y se gvuelve a llamar hasta que el polinomio tenga un grado 1 que se resuelve trivialmente z[a,b]=[-b/a].

Sin golf

Me re-inline las funciones sum, length, magnitude, fromIntegral, zipWithy (&)así como el pequeño ayudante (!). La función faddeevLeVerriercorresponde a f, rootsa zy ga laguerre, respectivamente.

-- Transpose a matrix/list
transpose a = foldr (zipWith(:)) (replicate (length a) []) a

-- Straight forward implementation for matrix-matrix multiplication
(#) :: [[Complex Double]] -> [[Complex Double]] -> [[Complex Double]]
a # b = [[sum $ zipWith (*) x y | y <- transpose b]|x<-a]


-- Faddeev-LeVerrier algorithm
faddeevLeVerrier :: [[Complex Double]] -> [Complex Double]
faddeevLeVerrier a = snd <$> scanl go (zero,1) [1..n]
  where n = length a
        zero = replicate n (replicate n 0)
        trace m = sum [sum [b|(n,b)<-zip [1..n] a,n==m]|(m,a)<-zip [1..n] m]
        diag d = [[sum[d|x==y]|y<-[1..n]]|x<-[1..n]]
        add as bs = [[x+y | (x,y) <- zip a b] | (b,a) <- zip as bs]
        go (u,d) k = (m, -trace (a#m) / fromIntegral k)
          where m = add (diag d) (a#u)


-- Compute roots by succesively removing newly computed roots
roots :: [Complex Double] -> [Complex Double]
roots [a,b] = [-b/a]
roots   p   = root : roots (removeRoot p)
  where root = laguerre p 0
        removeRoot = init . scanl1 (\a b -> root*a + b)

-- Compute a root of a polynomial p with an initial guess x
laguerre :: [Complex Double] -> Complex Double -> Complex Double
laguerre p x = if magnitude a < 1e-9 then x else laguerre p new_x
  where evaluate = foldl1 (\a b -> x*a+b)
        order' = length p - 1
        order  = fromIntegral $ length p - 1
        derivative p = init $ zipWith (*) p $ map fromIntegral [order',order'-1..]
        g  = evaluate (derivative p) / evaluate p
        h  = (g ** 2 - evaluate (derivative (derivative p)) / evaluate p)
        d  = sqrt $ (order-1) * (order*h - g**2)
        ga = g - d
        gb = g + d
        s = if magnitude ga < magnitude gb then gb else ga
        a = order /s
        new_x = x - a

Octava , 4 bytes

@eig

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¡Solo dos bytes más que el equivalente de lenguaje de golf MATL!

Define un identificador de función anónimo para el eigincorporado. Curiosamente, la filosofía de diseño de MATLAB va en contra de muchos lenguajes de alta gama, que les gusta usar DescripteFunctionNamesTakingArguments(), mientras que MATLAB y, en consecuencia, Octave tienden a obtener el nombre de función más breve e inequívoco posible. Por ejemplo, para obtener una s ubset de valores propios (por ejemplo, el más pequeño nen magnitud absoluta), se utiliza eigs.

Como beneficio adicional, aquí hay una función (funciona en MATLAB, y en teoría podría funcionar en Octave pero solverealmente no está a la altura de la tarea) que no utiliza incorporados, sino que resuelve simbólicamente el problema de valor propio det(A-λI)=0y lo convierte a forma numérica usandovpa

@(A)vpa(solve(det(A-sym('l')*eye(size(A)))))

MATL , 2 bytes

Yv

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Explicación

Seguí los consejos habituales en álgebra lineal numérica: en lugar de escribir su propia función, use una función incorporada que esté específicamente diseñada para evitar inestabilidades numéricas.

Por cierto, es más corto. ¯ \ _ (ツ) _ / ¯

Mathematica, 11 bytes

Eigenvalues

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R , 22 bytes

function(m)eigen(m)$va

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Toma mcomo una matriz. Frustrantemente, la eigenfunción en R devuelve un objeto de clase eigen, que tiene dos campos: valueslos valores propios y vectorslos vectores propios.

Sin embargo, de manera más molesta, el argumento opcional only.valuesdevuelve un listcon dos campos, que valuescontiene los valores propios y vectors, establecido en NULL, pero como eigen(m,,T)también tiene 22 bytes, es un lavado.

Julia , 12 bytes

n->eig(n)[1]

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Desafortunadamente, eigdevuelve tanto los valores propios como los vectores propios, como una tupla, por lo que desperdiciamos otros 9 bytes para lambdificarlo y tomar el primer elemento.

Python + numpy, 33 bytes

from numpy.linalg import*
eigvals

Pari / GP , 19 bytes

m->mateigen(m,1)[1]

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