10、Python 中的数组计算与曲线绘制

Python 中的数组计算与曲线绘制

1. 引言

在 Python 中，我们可以对数学函数和计算结果进行可视化展示。传统的绘图工具是先计算曲线上的一系列点，然后用直线连接这些点。当点的数量足够多时，看起来就像一条平滑的曲线。虽然这种方法对于绘制数学函数来说可能显得有些原始，但它具有更高的灵活性，因为它可以处理没有数学函数的情况，比如从文件中读取的实验数据或数值实验的结果。为了在 Python 中绘制函数，我们需要学习 matplotlib 包，它是一个用于绘图和可视化的强大工具包。此外， NumPy 包也非常有用，它可以高效地存储和处理数组数据。

2. NumPy 与数组计算

2.1 数组的概念

数组是向量的推广。在高中数学中，向量是有方向的线段，在平面上用坐标 (x, y) 表示，在空间中用 (x, y, z) 表示。这个概念可以推广到任意维度，我们可以将向量 v 看作是一个 n 元数组 v = (v0, ..., vn - 1) 。在 Python 中，我们可以使用列表来表示向量，但在科学编程中， NumPy 数组是更常用的数据结构。

数组与列表相比，灵活性较差，它有固定的长度，没有 append 方法，并且一个数组只能存储相同类型的变量。然而，数组在计算中效率更高，并且具有许多有用的特性，可以简化和清晰我们的代码。

数组可以有多个索引，类似于