在学习与科研中,经常会遇到一些数学运算问题,使用计算机完成运算具有速度快和准确性高的优势。Python的Numpy包具有强大的科学运算功能,且具有其他许多主流科学计算语言不具备的免费、开源、轻量级和灵活的特点。本文使用Python语言的NumPy库,解决数学运算问题中的线性方程组问题、积分问题、微分问题及矩阵化简问题,结果准确快捷,具有一定的借鉴意义。
线性方程组,是任何标准大学数学教材讲解矩阵是都要用到的,并用它引出矩阵概念。之所以如此,可能有两个原因:一是因为我们在初中的时候就已经学习过线性方程组,对它不陌生,正所谓“温故而知新”;二是矩阵的确是为了求解线性方程组而被提出的。所以,此处也不免俗,依然从线性方程组开始,引出矩阵。
不到一天,相关推文就已经有2000多赞,Hacker News论坛上盖了200多楼。
(内容需要,本讲中再次使用了大量在线公式,如果因为转帖网站不支持公式无法显示的情况,欢迎访问原始博客。)
MATLAB一向是理工科学生的必备神器,但随着中美贸易冲突的一再升级,禁售与禁用的阴云也持续笼罩在高等学院的头顶。也许我们都应当考虑更多的途径,来辅助我们的学习和研究工作。 虽然PYTHON和众多模块也属于美国技术的范围,但开源软件的自由度毕竟不是商业软件可比拟的。
使用Python中的Sympy库解决高等数学中极限、导数、偏导数、定积分、不定积分、双重积分等问题
\[ \left[ \begin{array}{ccc} \sigma_{x} &\tau_{xy} &\tau_{xz}\\ \tau_{yx} &\sigma_{y} &\tau_{yz}\\ \tau_{zx} &\tau_{zy} &\sigma_{z} \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{ccc} 0 &1 &2\\ 1 & \sigma_{y} & 1\\ 2 &1 &0 \end{array} \right] \] 并已知经过该点的某一平面上的应力矢量为零矢量,求 \(\sigma_y\) 和主应力?
说起数学计算器,我们常见的是加减乘除四则运算,有了它,我们就可以摆脱笔算和心算的痛苦。四位数以上的加减乘除在数学的原理上其实并不难,但是如果不借助于计算器,光依赖我们的运算能力(笔算和心算),不仅运算的准确度大打折扣,而且还会让我们对数学的运用停留在一个非常浅的层次。
IPython,可从 ipython.org 获得,是一个免费的开源项目 ,可用于 Linux,Unix,MacOSX, 和 Windows。 IPython 作者仅要求您在使用 IPython 的任何科学著作中引用 IPython。 IPython 提供了用于交互式计算的架构。 该项目最值得注意的部分是 IPython shell。 IPython 提供了以下组件,其中包括:
注意,添加行或列是非原位操作(do not operate in place), 不改变原来的矩阵,返回一个新的矩阵。
Matplotlib 是 Python 从 Matlab 迁移过来的一个 2D 绘图库,它可以在各种平台上以各种硬拷贝格式和交互式环境生成出具有出版品质的图形,通过几行代码,就能开发出直方图、饼状图、散点图、三维图等各式各样的专业图表,具有极强的自定义性和可扩展性。下面是 Matplotlib 官网 的几个示例图表:
作为理工科的社畜,懂计算会计算是一个必不可少的技能,其中尤其是对于土木工程人来说,结构力学、弹塑性力学、计算力学是数值计算中无法逾越的一道坎。由于Matlab简单使用,好学好操作,工科人往往都喜欢使用Matlab来实现数值算法。但是Matlab有几个缺点:
專 欄 ❈本文作者:王勇,目前感兴趣项目商业分析、Python、机器学习、Kaggle。17年项目管理,通信业干了11年项目经理管合同交付,制造业干了6年项目管理:PMO,变革,生产转移,清算和资产处理。MBA, PMI-PBA, PMP。❈ 我在学习机器学习算法和玩Kaggle 比赛时候,不断地发现需要重新回顾概率、统计、矩阵、微积分等知识。如果按照机器学习的标准衡量自我水平,这些知识都需要重新梳理一遍。 网上或许有各种各样知识片断,却较难找到一本书将概率,统计、矩阵、微
补充拓展:python利用sympy库对某个函数求导,numpy库使用该求导结果计算的程序
Python作为一种编程语言,拥有简洁、高效的表达能力。与此同时,Python语言环境中还配备各种软件库,即模块。结合实际问题,选择适当的模块,便可生成简单、快速、正确的程序。
SymPy是一个用于符号数学计算的Python库。与传统的数值计算库不同,SymPy专注于处理符号表达式,使得用户能够进行符号计算、代数操作和解方程等任务。本教程将介绍SymPy库的基本概念、常见用法和高级功能,帮助读者更好地理解和使用SymPy。
SymPy是Python符号计算库。其目标是成为一个功能齐全的计算机代数系统,代码保持简洁,易于理解和扩展。Python是完全由Python编写的,不依赖外部库。
笛卡尔:To be a data sciencist, it's crucial to learn some math!
在Project Tool Window中,单击Alt+Insert。然后,在出现的弹出菜单上,选择Jupyter Notebook选项并输入文件名(此处为MatplotlibExample.ipynb)。
众所周知,科学计算包括数值计算和符号计算两种计算。在数值计算中,计算机处理的对象和得到的结果都是数值,而在符号计算中,计算机处理的数据和得到的结果都是符号。这种符号可以是字母、公式,也可以是数值,但它与纯数值计算在处理方法、处理范围、处理特点等方面有较大的区别。可以说,数值计算是近似计算;而符号计算则是绝对精确的计算。它不容许有舍入误差,从算法上讲,它是数学,它比数值计算用到的数学知识更深更广。最流行的通用符号计算软件有:MAPLE,Mathematica,Matlab,Python sympy等等。
首先我们先把现代数学中的数理统计中的卡方分布已经烂大街的定义先放下来,我先回到卡方检验的诞生的之地。
一般你是用手写还是 MarkDown 做数学笔记?在这篇文章中,作者介绍了如何用 LaTex 和 Vim 实时做数学笔记,通过一系列炫酷的技巧,不论是表达式板书还是图像绘制,我们都能实时跟得上。
2、各种类型的追求值、追求、解决方案、追求积分、微分方程、级数展开、矩阵操作等。虽然Matlab的科学计算能力也很强,但Python以其语法简单、易于使用、异常丰富的三方库生态系统,可以更优雅地解决日常生活中遇到的各种计算问题。
很多朋友给我留言说为什么没有更新了。实在抱歉,这几天确实有点焦头烂额,晚上回家很累就直接睡了。终于今天忙完,所以今天更新第二篇。 这些课件我参考了很多的资料,有网上资源,也有一些教材,然后自己整理出来的,针对本科生和零基础的人设计的。所以高手们可以忽略的自然。 第二篇主要是讲一些偏计算的Library的使用,也就是numpy,scipy,sympy和matplotlib。 明天会更新第三篇,也是这个系列最后一篇。吐个槽就是,微信的上传图片功能真是不好使啊。。。 作者:Jiang 来源:http://mp.w
日常业务实践中,经常会将一些问题抽象化为数学方程,对于一些简单的方程可以手动计算解决,但如果方程比较复杂,手动求解又过于繁琐的情况下,则可以利用Python的sympy进行方程求解。
sympy是一个非常好用的基于python的符号计算库,科技做微分、积分、极限等一系列高等数学运算。
在一般问题的优化中,最速下降法和共轭梯度法都是非常有用的经典方法,但最速下降法往往以”之”字形下降,速度较慢,不能很快的达到最优值,共轭梯度法则优于最速下降法,在前面的某个文章中,我们给出了牛顿法和最速下降法的比较,牛顿法需要初值点在最优点附近,条件较为苛刻。
一般来说,大家写的矩阵都是这个样子,但是我习惯写成上面的那样,因为规律一目了然,也不是规律。。。我不知道怎么说了。
Scipy 的 integrate 模块的 odeint 函数也可以用来以数值积分法求解常微分方程组。下面的代码以 猎物-捕食者模型为例讲解其用法。
如果有安装Git,也可以使用pip+git的方式安装:pip install git+xxx.git //xxx:包所在的github仓库位置
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科学计算是科学、工程等项目中必不可少的,MATLAB 曾风光一时,但它是收费的,并且有“被禁”的风险——坚决反对用盗版软件,“被禁”不是盗版的理由。其实,Python ——开源、免费——是做科学计算的选择之一,它不仅能做 MATLAB 所能做的一切,还能做它不能做的。所以隆重推荐,在科学计算上选用 Python 。
python中有个很酷的效果,一行代码实现一个爱心字符,虽说是一行代码,但是理解起来还是比较难的,括号太多,并且使用了python的一些快捷小技巧。比如三元表达式,列表生成式,字符串拼接以及一个心形曲线公式:(x2+y2-1)3-x2y3=0。
一般的数学算式math就可以解决了,但是涉及到极限,微积分等知识,math就不行了,程序中无法用符号表示出来。
Scipy 的 integrate 模块的 odeint 函数可以用来以数值积分法求解常微分方程。
1.利用python的Sympy库求解微分方程的解 y=f(x),并尝试利用matplotlib绘制函数图像
高等数学是很多理工类专业必修的课程之一,一般要求都在大一期间完成。而高等数学中最为精彩的部分就是微积分,同时微积分是现代工程技术的基础,也是后续从事科学研究的根基。微积分主要包含两个部分:微分和积分。但是高等数学对于很多大学生来说都是异常的枯燥,能不能让微积分变得有趣起来呢?是不是可以通过编程的方式来进行复杂微积分的计算呢?本文将为大家介绍利用python来实现微积分的计算,让微积分的学习不再枯燥。
这个比赛当天一共有三个比赛要打,这个我们就随便参与一下,做了科技节的比赛,还有NISP。下午正好还是我们学校的汇演,就一共拿出来了一个小时做这东西。最后就出了一道杂项,现在倒是有时间看看,顺手整合下网络上有点wp
导数(Derivative),也叫导函数值。又名微商,是微积分中的重要基础概念。当函数y=f(x)的自变量x在一点x0上产生一个增量Δx时,函数输出值的增量Δy与自变量增量Δx的比值在Δx趋于0时的极限a如果存在,a即为在x0处的导数,记作f'(x0)或df(x0)/dx。
算法:泰勒级数展开是多项式曲线来近似表示复杂曲线,应用在梯度下降、牛顿法、共轭梯度法等领域。
在python中,可以使用SymPy库来求解微积分问题,import引入sympy库后,定义符号变量,定义被积函数,求解定积分,输出结果。
方向场图可用于可视化一阶常微分方程的可能解。方向场图由XY平面网格中未知函数斜率的短线组成。y(x) 在XY平面上任意一点的斜率由微分方程
极限 >>> limit(sin(x)/x, x, 0) 1 >>> limit(sin(x)/x, x, oo) #正无穷处极限 0 >>> limit(sin(x) * E**x, x, -oo)#负无穷处极限 0 >>> limit(1/x, x, 0, '+') #右极限 oo >>> limit(1/x, x, 0, '-')#左极限 -oo >>> limit(1/sin(x), x, oo) #极限不存在 AccumBounds(-oo, oo) 求导 >>> diff(cos(x), x)
python有一个强大的模块,叫做matplotlib,但是,和matlab比,似乎还是弱了些,因为目测无法绘制隐函数!而matlab有ezplot。所以,如何用python去绘制一个心的形状呢?我们先来看一下heart的解析方程。
详细介绍如何使用PyCharm创建一个IPython Notebook(基于Web技术的交互式计算文档格式)并运行。
今天发现一个开源的python符号计算系统,正好对数值算法感兴趣,所以就做一番探索:
只需要在方程里需要除的部分用Frational(a,b)就可以了,这个相当于a/b,只是可以保留分数。
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