最新Python电子教案9-1-科学计算和可视化ppt课件.ppt

《最新Python电子教案9-1-科学计算和可视化ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、Python电子教案9-1-科学计算和可视化第10章科学计算和可视化计算不再关乎计算机，它与生活处处相关。Computingisnotaboutcomputersanymore.Itisaboutliving.——尼古拉斯·尼葛洛庞帝(NicholasNegroponte)麻省理工学院媒体实验室的创办人科学计算开展基本的科学计算需要两个步骤：组织数据和展示数据；组织数据是运算的基础，也是将客观世界数字化的必要手段；展示数据是体现运算结果的重要方式，也是展示结论的有力武器。矩阵数学的矩阵（Matrix）是一个按照长方阵列排列的复数或实数

2、集合，最早来自于方程组的系数及常数所构成的方阵。矩阵是高等代数学中的常见工具，主要应用于统计数学、物理学、电路学、力学、光学、量子物理、计算机图像和动画等领域。科学计算科学计算领域最著名的计算平台Matlab采用矩阵作为最基础的变量类型。矩阵有维度概念，一维矩阵是线性的，类似于列表，二维矩阵是表格状的，这是常用的数据表示形式。科学计算与传统计算一个显著区别在于，科学计算以矩阵而不是单一数值为基础，增加了计算密度，能够表达更为复杂的数据运算逻辑。拓展：离散和连续矩阵是一个典型的离散变量类型，它将一些数据组织到一起。世界是连续的还是离散的

3、呢？从人类观测角度，世界可以被解释成一个个离散的观测值；从微观角度，世界是原子不停运动的结果，应该是连续的；再微观到量子力学角度，任何连续运动都是最小粒子量子运动的结果，世界应该是离散的。宇宙真有最小粒子吗？——世界是不确定的，还是确定的？世界是概率的，还是微积分的？——醒醒，开始看程序！思考与练习：[E10.1]思考在日常工作和生活中科学计算还有什么应用？[E10.2]尝试安装numpy和matplotlib库。模块10numpy库的使用要点numpy是用于处理含有同种元素的多维数组运算的第三方库。numpy库概述Python标准库

4、中提供了一个array类型，用于保存数组类型数据，然而这个类型不支持多维数据，处理函数也不够丰富，不适合用于做数值运算。因此，Python语言的第三方库numpy得到了迅速发展，至今，numpy已经成为了科学计算事实上的标准库。numpy库概述numpy库处理的最基础数据类型是由同种元素构成的多维数组（ndarray），简称“数组”。数组中所有元素的类型必须相同，数组中元素可以用整数索引，序号从0开始。ndarray类型的维度(dimensions)叫做轴(axes)，轴的个数叫做秩(rank)。一维数组的秩为1，二维数组的秩为2，二

5、维数组相当于由两个一维数组构成。numpy库概述由于numpy库中函数较多且命名容易与常用命名混淆，建议采用如下方式引用numpy库：>>>importnumpyasnp其中，as保留字与import一起使用能够改变后续代码中库的命名空间，有助于提高代码可读性。简单说，在程序的后续部分中，np代替numpy。numpy库常用的创建数组函数ndarray类的常用属性创建一个简单的数组后，可以查看ndarray类型有一些基本属性ndarray类的常用属性ndarray类的形态操作方法ndarray类的形态操作方法数组在numpy中被当作对

6、象，可以采用.()方式调用一些方法。这里给出了改变数组基础形态的操作方法，例如改变和调换数组维度等。其中，np.flatten()函数用于数组降维，相当于平铺数组中数据，该功能在矩阵运算及图像处理中用处很大。ndarray类的索引和切片方法ndarray类的索引和切片方法数组切片得到的是原始数组的视图，所有修改都会直接反映到源数组。如果需要得到的ndarray切片的一份副本，需要进行复制操作，比如arange[5:8].copy()ndarray类的索引和切片方法numpy库的算术运算函数numpy库的算术运算函数这些函数

7、中，输出参数y可选，如果没有指定，将创建并返回一个新的数组保存计算结果；如果指定参数，则将结果保存到参数中。例如，两个数组相加可以简单地写为a+b，而np.add(a,b,a)则表示a+=b。numpy库的比较运算函数numpy库的比较运算函数其将返回一个布尔数组，它包含两个数组中对应元素值的比较结果，例子如下。where()函数是三元表达式xifconditionelsey的矢量版本。numpy库的其他运算函数numpy库numpy库还包括三角运算函数、傅里叶变换、随机和概率分布、基本数值统计、位运算、矩阵运算等非常丰富的功能，读者

8、在使用时可以到官方网站查询。拓展：运算规则实数的算术运算是最为常见的运算规则，类似的，矩阵也有算术运算。一个完备的运算体系包括运算基本单位和运算规则。在numpy中，运算基本单位是数组，运算规则与实数一样，包括：算术运算