sympy,一个可以做数学题的Python库

「SymPy」符号运算(1) 简介/符号/变量/函数/表达式/等式/不等式/运算符 「SymPy」符号运算系列第(1) 篇——SymPy简介、符号/变量、函数、表达式、等式/不等式、运算符 阅读详情
AI摘要

本文介绍Sympy——一个强大的Python代数符号计算库。它覆盖了从初中数学到高等数学的各种问题,如表达式化简、方程求解、微积分、概率统计、矩阵运算等。通过实例演示了符号定义、表达式操控、方程求解及可视化等核心功能。

sympy 是 symbolic python 的简称,也就是一个支持代数符号计算的python库。

它可以用来帮助我们解决从初中数学到高等数学的各类问题,包括但不限于:

⚫️ 表达式化简,因式分解,方程求解,不等式求解。

⚫️ 求极限,求导,求积分,级数展开,解微分方程,级数求和。

⚫️ 求概率,求期望,方差。

⚫️ 矩阵乘法,求行列式,矩阵求逆,矩阵分解。

本文将先演示sympy的基础使用范例,然后讲解sympy的原理。

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〇,基本范例演示

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一,符号和数字

1, 定义符号

可以从 sympy.abc直接导入单字母。

可以用sympy.symbols定义多个符号。

可以用sympy.var 声明符号。

支持希腊字母,支持下标符号。

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2,定义数字

sympy里的定义的符号数字可以是任意精度的。可以用Integer,Float,Rational等类定义符号数字,也可以用S定义符号数字。

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3, 获取数值结果

使用sympy.N或者表达式的n()方法,或者evalf()等方法可以将表达式转换成数值结果。

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二,表达式和函数

1,定义表达式

符号的运算组合构成表达式,表达式是一种树形结构,由 func和args组成,表达式可以嵌套。

含有symbols符号的算式会自动对常见的四则运算和乘方等运算符进行重载。

使用sympy.sympify或者sympy.S可以将字符串转换成对应的表达式。

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2,定义函数

函数是从一组参数符号到一个表达式的映射。可以用Function定义函数,也可以用sympy.Lambda定义匿名函数,后者通常简单一些。

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3,表达式操控

下面介绍表达式的化简,因式分解,展开,合并同类项,替换 等操作

simplify, factor, expand, collect, apart,together, subs,xreplace, rewrite

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三,方程和不等式

1,方程求解

方程求解有solve,solveset,linsolve等函数可以使用。

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2,不等式求解

不等式求解可以使用reduce_inequalities或者solve或者solveset等方法

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四, 函数可视化

1,plot范例

import sympy
from sympy import S,pi,exp,log,sin,cos,tan,cot,sqrt
import matplotlib 
%matplotlib inline 
sympy.plot(sin(x) + cos(x), (x, -pi, pi))

9375f62ebf5b7ec8d8c86bb781026ad6.png

2,plot3d范例

import sympy
from sympy import S,pi,exp,log,sin,cos,tan,cot,sqrt
import matplotlib 
%matplotlib inline 
sympy.plotting.plot3d(x*exp(-x**2-y**2), (x, -3, 3), (y, -2, 2))

c52d0f7857afadf7ae77e14c0b917458.png

3,textplot范例

基于纯文本可视化,不需要matplotlib

import sympy 
from sympy import sin
sympy.textplot(sin(t), 0, 15)

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0da3d730b390c57ef61a5b43328032e1.png

python进阶之符号计算概述SymPy SymPy 是一个由 Python 编写的符号计算库,它的目标是成为一个全功能的计算机代数系统,同时保持代码简洁、易于理解和扩展。它完全由 Python 写成,不依赖于外部库。SymPy 支持符号计算、高精度计算、模式匹配、绘图、解方程、微积分、组合数学、离散数学、几何学、概率与统计、物理学等方面的功能。 阅读详情

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