Python+NumPy绘制常见曲线的方法详解

 更新时间:2022年06月11日 08:41:59   作者:PursuitingPeak  
NumPy(Numerical Python)是Python的一种开源的数值计算扩展。本文将利用NumPy库绘制利萨茹曲线、计算斐波那契数列、方波和锯齿波和三角波,需要的可以参考一下

在NumPy中,所有的标准三角函数如sin、cos、tan等均有对应的通用函数。

一、利萨茹曲线

(Lissajous curve)利萨茹曲线是一种很有趣的使用三角函数的方式(示波器上显示出利萨茹曲线)。利萨茹曲线由以下参数方程定义:

x = A sin(at + n/2)

y = B sin(bt)

利萨茹曲线的参数包括 A 、 B 、 a 和 b 。为简单起见,我们令 A 和 B 均为1,设置的参数为 a=9 , b=8

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

A=B=1
a=9
b=8

t = np.linspace(-np.pi, np.pi, 201)  #使用linspace函数初始化变量t
x = np.sin(a * t + np.pi/2)  # sin 函数和NumPy常量 pi 计算变量 x 
y = np.sin(b * t)  # sin函数计算变量y
plt.plot(x, y)
plt.show()

运行结果:

二、计算斐波那契数列

斐波那契数列的递推关系可以用矩阵来表示。斐波那契数列的计算等价于矩阵的连乘。可用两种方法计算了斐波那契数列

1)黄金比例计算方法,使用 rint 函数对浮点数取整但不改变浮点数类型

1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,……

#   斐波那契数,用黄金分割公式或通常所说的比奈公式,加上取整函数
n = np.arange(1, 9)
sqrt5 = np.sqrt(5)
phi = (1 + sqrt5)/2 #利用根号5计算黄金比例,或者直接用phi=1+0.618 
print("比例:",phi)
print('\n')
fibonacci = np.rint((phi**n - (-1/phi)**n)/sqrt5)  #用rint()函数对浮点数取整但不改变浮点数类型
print("Fibonacci", fibonacci)

2)利用矩阵进行计算:用 matrix 函数创建矩阵

# 斐波那契数,用矩阵来表示斐波那契数列的递推关系
F = np.matrix([[1, 1], [1, 0]])
print ("8th Fibonacci:", (F ** 10)[0, 0])

运行结果:

比例: 1.618033988749895

Fibonacci [ 1.  1.  2.  3.  5.  8. 13. 21.]
8th Fibonacci: 89

三、方波

方波可以近似表示为多个正弦波的叠加。任意一个方波信号都可以用无穷傅里叶级数来表示。

需要累加很多项级数,且级数越多结果越精确,这里取 k=99(可以分别设置为9,50,1000等进行测试观察生成效果) 以保证足够的精度。绘制方波的步骤如下。

1) 初始化 t 和 k 开始,并将函数值初始化为

m = np.linspace(-np.pi, np.pi, 201) #从 -pi 到 pi 上均匀分布的 201 个点
k = np.arange(1,99)   # k=99 以保证足够的精度,如图中的9 20 99显示的波形
k = 2 * k - 1
f = np.zeros_like(m)

2)使用 sin()求正弦函数,用sum()数计算各项级数:

for i in range(len(m)):  #使用 sin 和 sum 函数进行计算
    f[i] = np.sum(np.sin(k * m[i])/k)
f = (4 / np.pi) * f

3)绘制波形

plt.plot(t, f)
plt.show()

四、锯齿波和三角波

锯齿波和三角波也是常见的波形。和方波类似,也可以将它们表示成无穷傅里叶级数。对锯齿波取绝对值即可得到三角波。锯齿波的无穷级数表达式如下:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

t = np.linspace(-np.pi, np.pi, 201)
k = np.arange(1, 99)
f = np.zeros_like(t)
for i in range(len(t)):
    f[i] = np.sum(np.sin(2 * np.pi * k * t[i])/k)

f = (-2 / np.pi) * f
plt.plot(t, f, lw=1.0)
plt.plot(t, np.abs(f), lw=2.0)
plt.show()

运行结果:

以上就是Python+NumPy绘制常见曲线的方法详解的详细内容,更多关于Python NumPy绘制曲线的资料请关注脚本之家其它相关文章!

相关文章

  • 解决Python plt.savefig 保存图片时一片空白的问题

    解决Python plt.savefig 保存图片时一片空白的问题

    今天小编就为大家分享一篇解决Python plt.savefig 保存图片时一片空白的问题,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
    2019-01-01
  • pyqt5圆形label显示打开的摄像头功能

    pyqt5圆形label显示打开的摄像头功能

    本文主要给大家讲解如何使用pyqt5打开摄像头并在label上显示,以及优化成圆形label框。通过实例代码给大家介绍的非常详细,感兴趣的朋友跟随小编一起看看吧
    2022-01-01
  • python3在各种服务器环境中安装配置过程

    python3在各种服务器环境中安装配置过程

    这篇文章主要介绍了python3在各种服务器环境中安装配置过程,源码包编译安装步骤详解,本文通过图文并茂的形式给大家介绍的非常详细,需要的朋友可以参考下
    2022-01-01
  • Django基础知识与基本应用入门教程

    Django基础知识与基本应用入门教程

    这篇文章主要介绍了Django基础知识与基本应用,结合实例形式分析了Django框架基本的项目创建、启动、查看版本等操作,并结合一个简单的blog应用示例分析了Django的基本使用方法,需要的朋友可以参考下
    2018-07-07
  • Python FastAPI Sanic Tornado 与Golang Gin性能实战对比

    Python FastAPI Sanic Tornado 与Golang Gin性能实战对比

    本文将深入比较Python的FastAPI、Sanic、Tornado以及Golang的Gin框架的各种特性、性能表现以及适用场景,通过详实的性能测试和实际示例代码,将探讨它们在构建现代高性能应用中的优劣势,以便开发者根据需求做出明智的选择
    2024-01-01
  • python使用Psutil模块实现获取计算机相关信息

    python使用Psutil模块实现获取计算机相关信息

    psutil 是一个跨平台的库,用于获取进程和系统运行状态的信息,这篇文章主要为大家详细介绍了python如何调用psutil模块实现获取计算机相关信息,有需要的小伙伴可以了解下
    2023-11-11
  • python使用xmlrpclib模块实现对百度google的ping功能

    python使用xmlrpclib模块实现对百度google的ping功能

    这篇文章主要介绍了python使用xmlrpclib模块实现对百度google的ping功能,实例分析了xmlrpclib模块的相关技巧,需要的朋友可以参考下
    2015-06-06
  • python爬虫beautiful soup的使用方式

    python爬虫beautiful soup的使用方式

    这篇文章主要介绍了python爬虫beautiful soup的使用方式,Beautiful Soup依据给定的解释器来解析html文档,其依据html中标签把html文档在内存中转化为类似于二叉树的数据结构,并通过实现的查询方法来查询二叉树以得到我们想要的爬虫数据
    2022-08-08
  • python实现最短路径的实例方法

    python实现最短路径的实例方法

    在本篇内容里小编给大家整理的是关于python实现最短路径的实例方法,有需要的朋友们可以参考下。
    2020-07-07
  • python读文件保存到字典,修改字典并写入新文件的实例

    python读文件保存到字典,修改字典并写入新文件的实例

    下面小编就为大家分享一篇python读文件保存到字典,修改字典并写入新文件的实例,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
    2018-04-04

最新评论