SciPy科学计算

Scipy:高端科学计算 Scipy:高端科学计算 作者:Adrien Chauve, Andre Espaze, Emmanuelle Gouillart, Ga?l Varoquaux, Ralf Gommers 翻译自:scipy lecture notes 译者表示最后部分没怎么看懂,此文档维护中…… Scipy scipy包包含致力于科学计算中常见问题的各个工 阅读详情

一、SciPy中的常数与特殊函数

1.SciPy的constants模块

from scipy import constants as C
print("圆周率:",C.pi)   #圆周率
print("黄金比例:",C.golden)   #黄金比例
print("真空中的光速:",C.c)   #真空中的光速
print("普朗克常数:",C.h)    #普朗克常数
print("一英里等于多少米:",C.mile)   #一英里等于多少米
print("一英寸等于多少米:",C.inch)   #一英寸等于多少米
print("一度等于多少弧度:",C.degree)   #一度等于多少弧度
print("一分钟等于多少秒:",C.minute)  #一分钟等于多少秒
print("标准重力加速度:",C.g)   #标准重力加速度

在这里插入图片描述

2.SciPy的special模块

from scipy import special as S
print("立方根:",S.cbrt(8)) #立方根
print("10**3:",S.exp10(3)) #10**3
print("正弦函数:",S.sindg(90)) #正弦函数,参数为角度
print("四舍五入函数3.1:",S.round(3.1)) #四舍五入函数
print("四舍五入函数3.5:",S.round(3.5))
print("四舍五入函数3.499:",S.round(3.499))
print("从5个中任选3个的组合数:",S.comb(5,3)) #从5个中任选3个的组合数
print("排列数:",S.perm(5,3)) #排列数
print("gamma函数:",S.gamma(4)) #gamma函数
print("beta函数:",S.beta(10,200)) #beta函数
print("sinc函数:",S.sinc(0)) #sinc函数

在这里插入图片描述

二、SciPy中的线性代数基本运算

1.基本的矩阵计算

#矩阵的创建及其简单运算
from scipy import linalg 
import numpy as np 
A = np.mat('[1,2;3,4]')
print('A矩阵为:\n',A)
print('A的转置矩阵为:\n',A.T)
print('A的逆矩阵为:\n',A.I)

在这里插入图片描述

#数组的创建及其简单运算
M = np.array([[1,2],[3,4]])
print('M矩阵为:\n',M)
print('M的转置矩阵为:\n',M.T)
print('M的逆矩阵为:\n',linalg.inv(M))

在这里插入图片描述

2.线性方程组求解

方程:x+3y+5z=10,2x+5y-z=6,2x+4y+7z=4

from scipy import linalg 
import numpy as np 
a = np.array([[1, 3, 5], [2, 5, -1], [2, 4, 7]])
b = np.array([10, 6, 4]) 
x = linalg.solve(a, b) 
print(x)

3.行列式的计算

M = np.array([[1,2],[3,4]])
linalg.det(M) 

结果为:-2.0

4.范数

矩阵的常用范数及其含义

矩阵范数含义
Frobenius矩阵所有元素平方和的平方根
L范数矩阵每列元素和的最大值
-1范数矩阵每列元素和的最小值
2范数矩阵的最大奇异值
-2范数矩阵的最小奇异值
正无穷范数矩阵每行元素和的最大值
负无穷范数矩阵每行元素和的最小值
#范数的运算
M = np.array([[1,2],[3,4]])
print('M矩阵为:\n',M)
print('M矩阵的L范数为:\n',linalg.norm(M,1))
print('M矩阵的2范数为:\n',linalg.norm(M,2))
print('M矩阵的正无穷范数为:\n',linalg.norm(M,np.inf))

在这里插入图片描述

5.特征值分解

#特征值分解
A = np.array([[1,2],[3,4]])
l,v = linalg.eig(A)
print(l)
print(v)

三、数据拟合

1.多项式拟合

import matplotlib.pyplot as plt
x = np.linspace(-5,5,20)
y = 3.5*x+2.1
y_noise = y+np.random.randn(20)*2
coeff = np.polyfit(x,y_noise,1)
plt.plot(x,y_noise,'x',x,coeff[0]*x+coeff[1])
plt.show()

在这里插入图片描述

#分别使用1阶、3阶和9阶多项式对数据进行拟合
x = np.linspace(0,np.pi*2)
y = np.sin(x)
f1 = np.poly1d(np.polyfit(x,y,1))
f3 = np.poly1d(np.polyfit(x,y,3))
f9 = np.poly1d(np.polyfit(x,y,9))
t = np.linspace(-3*np.pi,np.pi*3,80)
plt.plot(x,y,'x',t,f1(t),':',t,f3(t),'--',t,f9(t),'-.')
plt.axis([0,3*np.pi,-1.5,1.5])
plt.legend(['data',r'$n = 1$',r'$n = 3$',r'$n = 9$'])
plt.show()

2.最小二乘拟合

#最小二乘估计
from scipy import optimize
def myfunc(x,a,b,w,t):
    return a*np.exp(-b*np.sin(w*x+t))
x = np.linspace(0,2*np.pi)
par = [3,2,1.25,np.pi/4]
y = myfunc(x,*par)
y_noise = y+0.8*np.random.randn(len(y))
def errf(p,x,y):
    return y-myfunc(x,*p)
c,rv = optimize.leastsq(errf,[1,1,1,1],args = (x,y_noise))
#c返回找到的最小二乘估计
plt.plot(x,y_noise,'x',x,y,x,myfunc(x,*c),':')
plt.legend(['data','actual','leastsq'])
plt.show()

在这里插入图片描述

四、SciPy中的图像处理

1.图像平滑

import numpy as np
from scipy import ndimage
from scipy import misc
import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline
image = misc.face()
aa = plt.subplot(1,3,1)
plt.title("title")
plt.imshow(image)
plt.axis('off')
plt.subplot(1,3,2)
plt.title("medi_filter")
filter = ndimage.median_filter(image,size=10)
#使用SciPy的中值滤波处理图片
plt.imshow(filter)
plt.axis('off')
plt.subplot(1,3,3)
plt.title("gausfilter")
blurred_face = ndimage.gaussian_filter(image, sigma = 7)#高斯滤波
plt.imshow(blurred_face)
plt.axis('off') 

在这里插入图片描述

2.图像的旋转和锐化

image = misc.face() 
plt.subplot(131)
plt.title("title")
plt.imshow(image)
plt.axis('off')
plt.subplot(132)
rotate = ndimage.rotate(image,60)
plt.title("rotate")
plt.imshow(rotate)
plt.axis('off') #边缘检测
plt.subplot(133)
prewitt = ndimage.prewitt(image)
plt.title("prewitt")
plt.imshow(prewitt)
plt.axis('off')

在这里插入图片描述

Python科学计算利器:安装Scipy 以上就是安装Scipy的步骤,通过简单的几步操作,就可以在Python中使用Scipy进行高级数学计算和数据分析。如果初学者遇到问题,可以参考Scipy官网或者进行在线咨询,寻求更加全面的帮助。Scipy是一个基于Python的开源科学计算库,它提供了许多高级数学函数、优化算法等工具,可以帮助用户快速进行各种数学运算和数据分析。可以通过Python官网下载安装包,然后按照安装向导进行安装。安装完Numpy后,就可以安装Scipy了。如果输出的版本号与你安装的版本号一致,则说明Scipy安装成功。 阅读详情

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