Algorytm Hornera

https://en.wikipedia.org/wiki/Horner%27s_method

WPROWADZENIE

Algorytm Hornera (Horner's scheme, Horner's method) to sposób obliczania wartości wielomianu dla danej wartości argumentu wykorzystujący minimalną liczbę mnożeń. Jest to również algorytm dzielenia wielomianu W(x) przez dwumian (x-c). Schemat ten wiązany jest z nazwiskiem Hornera, był jednak już znany Newtonowi, Ruffiniemu i matematykom chińskim w XII wieku.

Dla wielomianu stopnia n należy wykonać n mnożeń i n dodawań. Schemat Hornera jest optymalny pod względem liczby wykonywanych działań (1971 Borodin).

def horner(L, left, right, x):
    """Wersja iteracyjna algorytmu Hornera.
    W(x) = L[left] + L[left+1]*x + L[left+2]*x*x + ... """
    i = right
    result = L[i]
    while i > left:
        i = i - 1
        result = result * x + L[i]
    return result

Kod funkcji możemy zapisać w module horner.py, aby skorzystać z niej w innych programach.

import horner
poly = [1, 2, 3, 4]
y = 2
result = horner.horner(poly, 0, len(poly)-1, y)

Ciekawe informacje są na Wikipedii(en). Jest też kod w Pythonie, współczynniki muszą być podawane kolejno od najwyższego.

def horner2(x, *arguments):
    ""The Horner Scheme for evaluating a polynomial."""
    result = 0
    for coefficient in arguments:
        result = result * x + coefficient
    return result

# Wywołanie.
# a0 + x * (a1 + x * (a2 + x * a3))
y = 1
L = [1, 2, 3, 4]
a0, a1, a2, a3 = L
print(horner2(y, a3, a2, a1, a0))
print(horner2(y, *reversed(L)))   # rozpakowanie listy argumentów

# Wydaje się, że zgrabniejsza będzie funkcja przyjmująca
# rosnące współczynniki wielomianu.
def horner3(x, *arguments):
    ""The Horner Scheme for evaluating a polynomial."""
    result = 0
    for coefficient in reversed(arguments):
        result = result * x + coefficient
    return result

y = 1
L = [1, 2, 3, 4]   # 1+2x+3x^2+4x^3
a0, a1, a2, a3 = L
print(horner3(y, a0, a1, a2, a3))
print(horner3(y, *L))   # rozpakowanie listy argumentów

# Zastosowanie reduce().
def horner4(x, *arguments):
    ""The Horner Scheme for evaluating a polynomial."""
    return reduce(lambda a,b: a*x+b, reversed(arguments))

y = 1
L = [1, 2, 3, 4]   # 1+2x+3x^2+4x^3
print(horner4(y, *L))   # rozpakowanie listy argumentów