python计算导数并绘图的实例

 更新时间:2020年02月29日 11:48:30   作者:福斯基  
今天小编就为大家分享一篇python计算导数并绘图的实例,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧

我就废话不多说了,直接上代码吧!

import math
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sympy import * #用于求导积分等科学计算
 
 
def dif(left,right,step):#求导 左右区间以及间隔
 x,y = symbols('x y')#引入x y变量
 expr = pow(x,5)#计算表达式
 x_value = [] #save x value
 y_value = [] #save x f(x) value
 y_value_dif = [] #save x f(x)_dot value
 y_value_dif2 = [] #save x f(x)_dot2 value
 y_value_dif3 = [] #save x f(x)_dot3 value
 y_value_dif4 = [] #save x f(x)_dot4 value
 #print(expand(exp(I*x), complex=True))#将复指数展开成实部虚部形式
 expr_dif = diff(expr,x,1)
 expr_dif2 = diff(expr,x,2)
 expr_dif3 = diff(expr,x,3)
 expr_dif4 = diff(expr,x,4)
 for i in np.arange(left,right,step):
  x_value.append(i)
  y_value.append(expr.subs('x',i))#将i值代入表达式
  y_value_dif.append(expr_dif.subs('x',i))#将i值代入求导表达式
  y_value_dif2.append(expr_dif2.subs('x',i))#将i值代入2阶求导表达式
  y_value_dif3.append(expr_dif3.subs('x',i))#将i值代入3阶求导表达式
  y_value_dif4.append(expr_dif4.subs('x',i))#将i值代入4阶求导表达式
 draw_plot_set()#设置画图格式
 plt.plot(x_value,y_value,"b-",linewidth=1,label='f(x)='+str(expr)) #画图
 plt.plot(x_value,y_value_dif,"r-",linewidth=1,label='f(x)_prim') #画图
 plt.plot(x_value,y_value_dif2,"y-",linewidth=1,label='f(x)_prim2') #画图
 plt.plot(x_value,y_value_dif3,"g-",linewidth=1,label='f(x)_prim3') #画图
 plt.plot(x_value,y_value_dif4,"b-",linewidth=1,label='f(x)_prim4') #画图
 
 plt.legend()#显示图例
 plt.show()#显示图像
 
 
def draw_plot_set():#设置画图格式
 plt.figure()
 ax = plt.gca()
 #改变坐标轴位置
 ax.spines['right'].set_color('none')#删除原来轴
 ax.spines['top'].set_color('none')#删除原来轴
 ax.xaxis.set_ticks_position('bottom')#在0点处增加轴
 ax.spines['bottom'].set_position(('data',0))
 ax.yaxis.set_ticks_position('left')#在0点处增加轴
 ax.spines['left'].set_position(('data',0))
 #设置坐标名
 plt.ylabel('f(x)')
 plt.xlabel('x')
 
 plt.grid(True)#打开网格
 
 
 
 
if __name__ == '__main__':
 dif(-5,5,0.01)

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

在python数据处理过程中,我们经常会遇见这样一种情况。需要对一个函数表达式求偏导,并将具体数值代入导数式。

而python中通常可用于函数求导的函数是sympy库中的diff()函数。

但他通常所求得的导数只是一个符号表达式。不能直接带入数据使用。

如下例:

import sympy as sp
import numpy as np
x,y = sp.symbols('x y')
z = sp.sin(2*sp.pi*x+2*y/5)
zx = sp.diff(z,x)
zy = sp.diff(z,y)
print(zx)
print(zy)

其输出为:

2*pi*cos(2*pi*x + 2*y/5)
2*cos(2*pi*x + 2*y/5)/5

那么该如何解决这个问题呢?

对x,y使用evalf()函数分别赋值后,用float进行类型转换后,才能利用numpy进行数值计算。

如下例:

import sympy as sp
import numpy as np
x,y = sp.symbols('x y')
z = sp.sin(2*sp.pi*x+2*y/5)
zx = sp.diff(z,x)
zy = sp.diff(z,y)
x1 = 10
y1 = 5
z_x1 = float(zx.evalf(subs={x:x1,y:y1}))
z_y1 = float(zy.evalf(subs={x:x1,y:y1}))
print(z_x1)
print(z_y1)

其输出结果:

-2.61472768902227
-0.16645873461885696

那如果我的x或y不是单一的值呢?而是一个数组。

我们可以利用一个循环来完成。

如下例:

import sympy as sp
import numpy as np
x,y = sp.symbols('x y')
z = sp.sin(2*sp.pi*x+2*y/5)
zx = sp.diff(z,x)
zy = sp.diff(z,y)
x_array = np.linspace(-5, 5, 10)
y_array = np.linspace(-5, 5, 10)
temp_x = []#先定义一个用于存储x偏导的空列表
temp_y = []#先定义一个用于存储y偏导的空列表
for i in range(10):
  z_x = float(zx.evalf(subs={x:x_array[i],y:y_array[i]}))
  temp_x.append(z_x)#将计算得到的偏导值一一添加到列表中
  z_y = float(zy.evalf(subs={x:x_array[i],y:y_array[i]}))
  temp_y.append(z_y)
zx_array = np.array(temp_x)#将列表转换为数组
zy_array = np.array(temp_y)
print(zx_array)
print(zy_array)

输出结果为:

[-2.61472769 4.11163864 6.02946289 0.89585862 -5.2854481 -5.2854481
 0.89585862 6.02946289 4.11163864 -2.61472769]
[-0.16645873 0.26175505 0.38384753 0.05703213 -0.33648208 -0.33648208
 0.05703213 0.38384753 0.26175505 -0.16645873]

由此便实现了由sympy得到求导结果,到numpy库进行数值计算。

以上这篇python计算导数并绘图的实例就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持脚本之家。

相关文章

  • Python如何抓取天猫商品详细信息及交易记录

    Python如何抓取天猫商品详细信息及交易记录

    这篇文章主要为大家详细介绍了Python如何抓取天猫商品详细信息及交易记录,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2018-02-02
  • Python3非对称加密算法RSA实例详解

    Python3非对称加密算法RSA实例详解

    这篇文章主要介绍了Python3非对称加密算法RSA,结合实例形式分析了Python3 RSA加密相关模块安装及使用操作技巧,需要的朋友可以参考下
    2018-12-12
  • Python内置函数map()的具体使用

    Python内置函数map()的具体使用

    Python中的map()函数是一个高效的内置函数,用于将指定函数应用于序列的每个元素,通过接收一个函数和一个或多个序列,本文就来详细的介绍一下如何使用,感兴趣的可以了解一下
    2024-09-09
  • Python使用pickle模块报错EOFError Ran out of input的解决方法

    Python使用pickle模块报错EOFError Ran out of input的解决方法

    这篇文章主要介绍了Python使用pickle模块报错EOFError Ran out of input的解决方法,涉及Python异常捕获操作处理相关使用技巧,需要的朋友可以参考下
    2018-08-08
  • python EasyOCR库实例用法介绍

    python EasyOCR库实例用法介绍

    在本篇文章里小编给大家整理的是一篇关于python EasyOCR库实例用法介绍,有需要的朋友们可以跟着学习下。
    2021-07-07
  • 使用Python AIML搭建聊天机器人的方法示例

    使用Python AIML搭建聊天机器人的方法示例

    这篇文章主要介绍了使用Python AIML搭建聊天机器人的方法示例,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧
    2018-07-07
  • 详解python日期时间处理

    详解python日期时间处理

    这篇文章主要为大家介绍了python日期时间处理,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下,希望能够给你带来帮助
    2021-12-12
  • 如何使用Python VTK高亮显示actor

    如何使用Python VTK高亮显示actor

    这篇文章主要介绍了如何使用Python VTK高亮显示actor,通过Python-VTK在同一个窗口中,高亮显示选中的actor。本例子中的代码,当窗口中的圆球actor被选中时,会变成红色,并且会显示actor三遍面片边缘信息,下文相关内容需要的小伙伴可以参考一下
    2022-04-04
  • Flask模板引擎Jinja2使用实例

    Flask模板引擎Jinja2使用实例

    这篇文章主要介绍了Flask模板引擎Jinja2使用实例,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下
    2020-04-04
  • Python类型提示Type Hints示例详解

    Python类型提示Type Hints示例详解

    在做自动化测试的时候,类型提示会让你写代码时更加流程,当你在一个模块定义了类型,而其他模块没有提示的时候,是相当不方便,这篇文章主要给大家介绍了关于Python类型提示Type Hints的相关资料,需要的朋友可以参考下
    2021-08-08

最新评论