多くの偏微分のためのマクロの作成

Question 1

キー値を使用するアプローチlistofitems。構文は、例えば

\pdiff[y=3,x,z,p=2,d=3,q,r=2,s]{f(x,y,z,p,d,q,r,s)}

MWEはこちら

\documentclass{article}
\usepackage{listofitems,tikz}
\newcounter{totalindex}
\newcommand\pdiff[2][1]{%
  \setsepchar{,/=}%
  \readlist\Partialvars{#1}%
  \setcounter{totalindex}{0}%
  \foreach \Varindex in {1,...,\listlen\Partialvars[]}%
    {%
      \ifnum\listlen\Partialvars[\Varindex]>1\relax%
        \addtocounter{totalindex}{\Partialvars[\Varindex,2]}%
      \else%
        \stepcounter{totalindex}%
      \fi%
    }%
    \frac{\partial\ifnum\thetotalindex>1\relax^{\thetotalindex}\fi#2}%
         {%
          \foreach\Varindex in {1,...,\listlen\Partialvars[]}%
           {%
             \partial\Partialvars[\Varindex,1]%
             \ifnum\listlen\Partialvars[\Varindex]>1\relax^{\Partialvars[\Varindex,2]}\fi%
           }%
         }%
}
\begin{document}
\[ \pdiff[y]{f(x,y,z)} \]
\[ \pdiff[y=3,x,z]{f(x,y,z)} \]
\[ \pdiff[y=9999, x=3333, z=8888]{f(x,y,z)} \]
\[ \pdiff[y=3,x,z,p=2,d=3,q,r=2,s]{f(x,y,z,p,d,q,r,s)} \]
\end{document}

上で使用したループtikz \foreachは、インデックスをループするためのわかりやすい構造ですが、パッケージtikzに組み込まれているループ構造を使用して、パッケージの使用を完全に排除することもできますlistofitems。ただし、この場合は、ループはリストの項目をループし、を介して間接的にインデックス番号にアクセスできます\<loop-variable>cnt。

\documentclass{article}
\usepackage{listofitems}
\newcounter{totalindex}
\newcommand\pdiff[2][1]{%
  \setsepchar{,/=}%
  \readlist\Partialvars{#1}%
  \setcounter{totalindex}{0}%
  \foreachitem \Var \in \Partialvars[]%
    {%
      \ifnum\listlen\Partialvars[\Varcnt]>1\relax%
        \addtocounter{totalindex}{\Partialvars[\Varcnt,2]}%
      \else%
        \stepcounter{totalindex}%
      \fi%
    }%
    \frac{\partial\ifnum\thetotalindex>1\relax^{\thetotalindex}\fi#2}%
         {%
          \foreachitem \Var \in \Partialvars%
           {%
             \partial\Partialvars[\Varcnt,1]%
             \ifnum\listlen\Partialvars[\Varcnt]>1\relax^{\Partialvars[\Varcnt,2]}\fi%
           }%
         }%
}
\begin{document}
\[ \pdiff[y]{f(x,y,z)} \]
\[ \pdiff[y=3,x,z]{f(x,y,z)} \]
\[ \pdiff[y=9999, x=3333, z=8888]{f(x,y,z)} \]
\[ \pdiff[y=3,x,z,p=2,d=3,q,r=2,s]{f(x,y,z,p,d,q,r,s)} \]
\end{document}

Answer

キー値を使用するアプローチlistofitems。構文は、例えば

\pdiff[y=3,x,z,p=2,d=3,q,r=2,s]{f(x,y,z,p,d,q,r,s)}

MWEはこちら

\documentclass{article}
\usepackage{listofitems,tikz}
\newcounter{totalindex}
\newcommand\pdiff[2][1]{%
  \setsepchar{,/=}%
  \readlist\Partialvars{#1}%
  \setcounter{totalindex}{0}%
  \foreach \Varindex in {1,...,\listlen\Partialvars[]}%
    {%
      \ifnum\listlen\Partialvars[\Varindex]>1\relax%
        \addtocounter{totalindex}{\Partialvars[\Varindex,2]}%
      \else%
        \stepcounter{totalindex}%
      \fi%
    }%
    \frac{\partial\ifnum\thetotalindex>1\relax^{\thetotalindex}\fi#2}%
         {%
          \foreach\Varindex in {1,...,\listlen\Partialvars[]}%
           {%
             \partial\Partialvars[\Varindex,1]%
             \ifnum\listlen\Partialvars[\Varindex]>1\relax^{\Partialvars[\Varindex,2]}\fi%
           }%
         }%
}
\begin{document}
\[ \pdiff[y]{f(x,y,z)} \]
\[ \pdiff[y=3,x,z]{f(x,y,z)} \]
\[ \pdiff[y=9999, x=3333, z=8888]{f(x,y,z)} \]
\[ \pdiff[y=3,x,z,p=2,d=3,q,r=2,s]{f(x,y,z,p,d,q,r,s)} \]
\end{document}

上で使用したループtikz \foreachは、インデックスをループするためのわかりやすい構造ですが、パッケージtikzに組み込まれているループ構造を使用して、パッケージの使用を完全に排除することもできますlistofitems。ただし、この場合は、ループはリストの項目をループし、を介して間接的にインデックス番号にアクセスできます\<loop-variable>cnt。

\documentclass{article}
\usepackage{listofitems}
\newcounter{totalindex}
\newcommand\pdiff[2][1]{%
  \setsepchar{,/=}%
  \readlist\Partialvars{#1}%
  \setcounter{totalindex}{0}%
  \foreachitem \Var \in \Partialvars[]%
    {%
      \ifnum\listlen\Partialvars[\Varcnt]>1\relax%
        \addtocounter{totalindex}{\Partialvars[\Varcnt,2]}%
      \else%
        \stepcounter{totalindex}%
      \fi%
    }%
    \frac{\partial\ifnum\thetotalindex>1\relax^{\thetotalindex}\fi#2}%
         {%
          \foreachitem \Var \in \Partialvars%
           {%
             \partial\Partialvars[\Varcnt,1]%
             \ifnum\listlen\Partialvars[\Varcnt]>1\relax^{\Partialvars[\Varcnt,2]}\fi%
           }%
         }%
}
\begin{document}
\[ \pdiff[y]{f(x,y,z)} \]
\[ \pdiff[y=3,x,z]{f(x,y,z)} \]
\[ \pdiff[y=9999, x=3333, z=8888]{f(x,y,z)} \]
\[ \pdiff[y=3,x,z,p=2,d=3,q,r=2,s]{f(x,y,z,p,d,q,r,s)} \]
\end{document}

Question 2

車輪の再発明をする必要はありません。専用のパッケージがすでに存在しておりesdiff、評価ポイントをインデックスとして管理します。

\documentclass{article}

\usepackage{esdiff}

\begin{document}

    \[ \diffp{f(x, y, z)}{{x^{3333}}{y^{9999}}{z^{8888}}{t^{55555}}} \]%

    \[ \diffp*{f(x, y, z)}{{x^{3333}}{y^{9999}}{z^{8888}}{t^{55555}}}{(x_0,y_0,z_0,t_0)} \]%

\end{document}

Answer

車輪の再発明をする必要はありません。専用のパッケージがすでに存在しておりesdiff、評価ポイントをインデックスとして管理します。

\documentclass{article}

\usepackage{esdiff}

\begin{document}

    \[ \diffp{f(x, y, z)}{{x^{3333}}{y^{9999}}{z^{8888}}{t^{55555}}} \]%

    \[ \diffp*{f(x, y, z)}{{x^{3333}}{y^{9999}}{z^{8888}}{t^{55555}}}{(x_0,y_0,z_0,t_0)} \]%

\end{document}

Question 3

変数のリストにはコンマ区切りのリストを使用できます。私は次のような規則を使用します。

x/2,y/3,z

「2回」を意味するバツ、3回ええそして一度ず」。x/2,y/3,z/1必要に応じてを使用することもできます。

\documentclass{article}
\usepackage{xparse}

\ExplSyntaxOn
\NewDocumentCommand{\pdiff}{smm}
 {
  \IfBooleanTF{#1}
   {% with \pdiff* call the inner function for inline
    \egreg_pdiff_inline:nn { #2 } { #3 } % TO DO
   }
   {% with \pdiff call the inner function for display
    \egreg_pdiff_frac:nn { #2 } { #3 }
   }
 }

% allocate some variables
\int_new:N \l__egreg_pdiff_total_int
\seq_new:N \l__egreg_pdiff_vars_seq
\seq_new:N \l__egreg_pdiff_var_seq
\tl_new:N \l__egreg_pdiff_denom_tl

\cs_new_protected:Nn \egreg_pdiff_frac:nn
 {
  % clear the variables to be given values later
  \int_zero:N \l__egreg_pdiff_total_int
  \tl_clear:N \l__egreg_pdiff_denom_tl
  % split the second argumen at commas
  \seq_set_split:Nnn \l__egreg_pdiff_vars_seq { , } { #2 }
  % map this sequence for adding to the denominator and
  % computing the number of derivatives
  \seq_map_function:NN \l__egreg_pdiff_vars_seq \__egreg_pdiff_var:n

  % now print:
  % \l__egreg_pdiff_total_int is set to the number of derivatives
  % \l__egreg_pdiff_denom_tl contains the denominator
  \frac
   {
    \partial
    \int_compare:nT { \l__egreg_pdiff_total_int > 1 }
     { \sp { \int_to_arabic:n { \l__egreg_pdiff_total_int } } }
    #1
   }
   {
    \tl_use:N \l__egreg_pdiff_denom_tl
   }
 }

\cs_new_protected:Nn \__egreg_pdiff_var:n
 {
  % split the argument at / (it should be in the form 'x' or 'x/2')
  \seq_set_split:Nnn \l__egreg_pdiff_var_seq { / } { #1 }
  % if the sequence has one term, no exponent is present
  \int_compare:nTF { \seq_count:N \l__egreg_pdiff_var_seq < 2 }
   {% simple variable: add to the denominator and increment the number
    \tl_put_right:Nn \l__egreg_pdiff_denom_tl { \partial #1 }
    \int_incr:N \l__egreg_pdiff_total_int
   }
   {% multiple: add to the denominator and increment the number
    % item 1 contains the variable, item 2 the exponent
    \tl_put_right:Nx \l__egreg_pdiff_denom_tl
     {
      \partial
      \seq_item:Nn \l__egreg_pdiff_var_seq { 1 }
      \sp { \seq_item:Nn \l__egreg_pdiff_var_seq { 2 } }
     }
    \int_add:Nn \l__egreg_pdiff_total_int { \seq_item:Nn \l__egreg_pdiff_var_seq { 2 } }
   }
 }
\ExplSyntaxOff

\begin{document}

\[
\pdiff{f(x,y)}{x}
\quad
\pdiff{f(x,y,z)}{x/20,y/32,z}
\]

\end{document}

Answer

変数のリストにはコンマ区切りのリストを使用できます。私は次のような規則を使用します。

x/2,y/3,z

「2回」を意味するバツ、3回ええそして一度ず」。x/2,y/3,z/1必要に応じてを使用することもできます。

\documentclass{article}
\usepackage{xparse}

\ExplSyntaxOn
\NewDocumentCommand{\pdiff}{smm}
 {
  \IfBooleanTF{#1}
   {% with \pdiff* call the inner function for inline
    \egreg_pdiff_inline:nn { #2 } { #3 } % TO DO
   }
   {% with \pdiff call the inner function for display
    \egreg_pdiff_frac:nn { #2 } { #3 }
   }
 }

% allocate some variables
\int_new:N \l__egreg_pdiff_total_int
\seq_new:N \l__egreg_pdiff_vars_seq
\seq_new:N \l__egreg_pdiff_var_seq
\tl_new:N \l__egreg_pdiff_denom_tl

\cs_new_protected:Nn \egreg_pdiff_frac:nn
 {
  % clear the variables to be given values later
  \int_zero:N \l__egreg_pdiff_total_int
  \tl_clear:N \l__egreg_pdiff_denom_tl
  % split the second argumen at commas
  \seq_set_split:Nnn \l__egreg_pdiff_vars_seq { , } { #2 }
  % map this sequence for adding to the denominator and
  % computing the number of derivatives
  \seq_map_function:NN \l__egreg_pdiff_vars_seq \__egreg_pdiff_var:n

  % now print:
  % \l__egreg_pdiff_total_int is set to the number of derivatives
  % \l__egreg_pdiff_denom_tl contains the denominator
  \frac
   {
    \partial
    \int_compare:nT { \l__egreg_pdiff_total_int > 1 }
     { \sp { \int_to_arabic:n { \l__egreg_pdiff_total_int } } }
    #1
   }
   {
    \tl_use:N \l__egreg_pdiff_denom_tl
   }
 }

\cs_new_protected:Nn \__egreg_pdiff_var:n
 {
  % split the argument at / (it should be in the form 'x' or 'x/2')
  \seq_set_split:Nnn \l__egreg_pdiff_var_seq { / } { #1 }
  % if the sequence has one term, no exponent is present
  \int_compare:nTF { \seq_count:N \l__egreg_pdiff_var_seq < 2 }
   {% simple variable: add to the denominator and increment the number
    \tl_put_right:Nn \l__egreg_pdiff_denom_tl { \partial #1 }
    \int_incr:N \l__egreg_pdiff_total_int
   }
   {% multiple: add to the denominator and increment the number
    % item 1 contains the variable, item 2 the exponent
    \tl_put_right:Nx \l__egreg_pdiff_denom_tl
     {
      \partial
      \seq_item:Nn \l__egreg_pdiff_var_seq { 1 }
      \sp { \seq_item:Nn \l__egreg_pdiff_var_seq { 2 } }
     }
    \int_add:Nn \l__egreg_pdiff_total_int { \seq_item:Nn \l__egreg_pdiff_var_seq { 2 } }
   }
 }
\ExplSyntaxOff

\begin{document}

\[
\pdiff{f(x,y)}{x}
\quad
\pdiff{f(x,y,z)}{x/20,y/32,z}
\]

\end{document}

Question 4

アップデート最後により良いバージョンをご覧ください。

これを実現するパッケージはありますが、xparseここではすでに担当しているので、別の方法を紹介します ;-)

expl3派生指定子のリストを分割し、トークンリストを構築する方法:

構文: \pdiff{x/3,y/4,z/17}{f(x,y,z)}x に関して 3 次微分、y に関して 4 次微分、z に関して 17 次微分を指定します。

累乗またはを省略すると、/微分順序として解釈されます1。

（偶発的な負の数のチェックを追加する必要があります）

関数の引数は評価もチェックもされません。

導関数の数は内部的に計算されます。

\documentclass{article}

\usepackage{xparse}

\ExplSyntaxOn

\cs_generate_variant:Nn \int_add:Nn {Nx}
\seq_new:N \l_pdiff_deriv_seq

\NewDocumentCommand{\pdiffs}{mm}{%
  \int_zero:N \l_tmpa_int
  \seq_set_from_clist:Nn \l_tmpa_seq {#1} % Split the comma list
  \seq_map_inline:Nn \l_tmpa_seq {% Traverse the local entries
    \seq_set_split:Nnn \l_tmpb_seq {/} {##1}% Split into variable and order
    \tl_put_right:Nn \l_tmpa_tl {\partial}% Built the nominator list
    \int_compare:nNnTF {\seq_count:N \l_tmpb_seq } = {\c_one} {% Is there only one split element?
      \seq_put_right:Nn \l_tmpb_seq {\c_one}% Yes
      \tl_put_right:Nx \l_tmpa_tl {\seq_item:Nn \l_tmpb_seq {1}} % Add now 'power'
    }{%
      \int_compare:nNnTF {\seq_item:Nn \l_tmpb_seq {2}} = {\c_one } {
        % Is the derivative order one --> no power? 
        \tl_put_right:Nx \l_tmpa_tl {\seq_item:Nn \l_tmpb_seq {1}}
      }{
        \tl_put_right:Nx \l_tmpa_tl {\seq_item:Nn \l_tmpb_seq {1}^{\seq_item:Nn \l_tmpb_seq  {2}}}
      }
    }
    \int_add:Nx \l_tmpa_int {\seq_item:Nn \l_tmpb_seq {2}}
  }
  % Display the list
  \mathinner{\frac{\partial^{\int_use:N\l_tmpa_int}#2}{\tl_use:N \l_tmpa_tl}}
}
\ExplSyntaxOff


\begin{document}

\Huge

\[\pdiffs{x/5,y/3}{f(x,y,z)}\]


\[\pdiffs{x/4,y/8,z/17}{f(x,y,z)}\]


\end{document}

変数のチェックと自動拡張を備えた改良バージョン:

\documentclass{article}

\usepackage{xparse}

\ExplSyntaxOn

\cs_generate_variant:Nn \int_add:Nn {Nx}
\cs_generate_variant:Nn \int_set:Nn {Nx}

\seq_new:N \l_pdiff_var_seq



\msg_new:nnn {pdiff}{negativedifforder}{Error:~The~order~of~derivative~is~negative~for~variable~#1!} 


\NewDocumentCommand{\pdiffs}{mm}{%
  \int_zero:N \l_tmpa_int
  \tl_clear:N \l_tmpa_tl
  \seq_clear:N \l_pdiff_var_seq
  \seq_set_from_clist:Nn \l_tmpa_seq {#1}
  \seq_map_inline:Nn \l_tmpa_seq {%
    \seq_set_split:Nnn \l_tmpb_seq {/} {##1}
    \seq_put_right:Nx \l_pdiff_var_seq {\seq_item:Nn \l_tmpb_seq {1}}
    \int_compare:nNnTF {\seq_count:N \l_tmpb_seq } = {\c_one} {
      \int_set:Nn \l_tmpb_int {\c_one}
      \seq_put_right:Nn \l_tmpb_seq {\c_one}
      \tl_put_right:Nn \l_tmpa_tl {\partial}
      \tl_put_right:Nx \l_tmpa_tl {\seq_item:Nn \l_tmpb_seq {1}}
    }{%
      \int_set:Nx \l_tmpb_int {\seq_item:Nn \l_tmpb_seq {2}}
      \int_compare:nNnTF { \l_tmpb_int } < {\c_zero} {
        \msg_fatal:nnx {pdiff}{negativedifforder}{\seq_item:Nn \l_tmpb_seq {1}}
      }{%
        \int_compare:nNnF {\l_tmpb_int } = {\c_zero} {%
          \tl_put_right:Nn \l_tmpa_tl {\partial}
          \int_compare:nNnTF{ \l_tmpb_int } = {\c_one } {
            \tl_put_right:Nx \l_tmpa_tl {\seq_item:Nn \l_tmpb_seq {1}}
          }{%
            \tl_put_right:Nx \l_tmpa_tl {\seq_item:Nn \l_tmpb_seq {1}^{\seq_item:Nn \l_tmpb_seq  {2}}}
          }
        }
      }
    }
    \int_add:Nx \l_tmpa_int {\l_tmpb_int}
  }
  \mathinner{\frac{\partial^{\int_use:N\l_tmpa_int}#2(\seq_use:Nn \l_pdiff_var_seq {,})}{\tl_use:N \l_tmpa_tl}}
}
\ExplSyntaxOff


\begin{document}

\Huge

\[\pdiffs{x/5,y/3,z/0}{f}\]


\[\pdiffs{x/4,y/8,z/17}{f}\]


\end{document}

Answer