Visual Python, Numpy, Matplotlib
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- みさき ひがき
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1 Visual Python, Numpy, Matplotlib 1 / 38
2 Contents 1 2 Visual Python 3 Numpy Scipy 4 Scipy 5 Matplotlib 2 / 38
3 Contents 1 2 Visual Python 3 Numpy Scipy 4 Scipy 5 Matplotlib 3 / 38
4 3 Visual Python: 3D Numpy, Scipy: Matplotlib: ( ) 4 / 38
5 Contents 1 2 Visual Python 3 Numpy Scipy 4 Scipy 5 Matplotlib 5 / 38
6 1 ( ) 2 vector 3D 3 Visual Python 6 / 38
7 1 1 n_steps = 2 dt = ( - ) / n_steps # 3 x = 4 v = 5 t = 6 for i in range(n_steps): 7 alpha = / # 8 x += v * dt # += * 9 v += alpha * dt # += * 10 t += dt., t, x, v, 7 / 38
8 : y = 0 t = 0 10 y = 0, v = 0 : ky + mg (g = 0.98) : t, 1 k = g = m = n_steps = dt = (10.0-0) / n_steps 6 y = v = for i in range(n_steps): 9 alpha = -k * y + m * g 10 y += v * dt 11 v += alpha * dt 8 / 38
9 3D Visual Python vector :, 1 from visual import * 2 k = g = vector(0.0, -9.8, 0.0) 4 m = n_steps = dt = (10.0-0) / n_steps 7 y = vector(0.0, 0.0, 0.0) 8 v = vector(0.0, 0.0, 0.0) 9 for i in range(n_steps): 10 alpha = -k * y + m * g 11 y += v * dt 12 v += alpha * dt 9 / 38
10 Visual Python pos : (helix) 1 from visual import * 2 k = g = vector(0.0, -9.8, 0.0) 4 m = scene.autoscale = 0 6 n_steps = dt = (10.0-0) / n_steps 8 s = sphere(pos=vector(0.0, 0.0, 0.0)) 9 s.vel = vector(0.0, 0.0, 0.0) 10 for i in range(n_steps): 11 rate(1.0/dt) 12 s.alpha = -k * s.pos + m * g 13 s.pos += s.vel * dt 14 s.vel += s.alpha * dt 10 / 38
11 :, 1, 1 = Visual Python 11 / 38
12 Contents 1 2 Visual Python 3 Numpy Scipy 4 Scipy 5 Matplotlib 12 / 38
13 Numpy Scipy SciPy NumPy (Numerical Python) NumPy SciPy numpy, scipy scipy, numpy,, numpy, scipy scipy 13 / 38
14 speed learning, 14 / 38
15 array : numpy numpy, array array : 1 import numpy as np 2 np.array( ) : 1 import numpy as np 2 x = np.array([2,0,1,4]) 3 print x 4 print len(x) 5 print x[1] : 1 [ ] / 38
16 array : 1 import numpy as np 2 A = pp.array([[1,2,3],[4,5,6]]) 3 print A 4 print len(a) 5 print A[1][1] : 1 [[1 2 3] 2 [4 5 6]] , 3, 4,... array 16 / 38
17 array 1 import numpy as np 2 x = np.array([2,0,1,4]) 3 y = np.array([5,6,7,8]) 4 print x + y 5 print x * y # 6 print x.dot(y) 1 [ ] 2 [ ] # * 3 49 # 17 / 38
18 array ( ) : 1 import numpy 2 A = numpy.array([[1,2,3],[4,5,6]]) 3 x = numpy.array([2,4,6]) 4 print A.dot(x) 1 [28 64] 1 import numpy 2 A = numpy.array([[1,2,3],[4,5,6]]) 3 B = numpy.array([[2,3],[4,5],[6,7]]) 4 print A.dot(B) 1 [[28 34] 2 [64 79]] 18 / 38
19 matrix : * array,, (, * ) matrix 1 import numpy as np 2 A = np.matrix([[1,2,3],[4,5,6]]) 3 B = np.matrix([[2,3],[4,5],[6,7]]) 4 print A * B 1 [[28 34] 2 [64 79]], array, matrix 19 / 38
20 array (1) ( ) 1 >>> numpy.arange(2,3,0.2) 2 array([ 2., 2.2, 2.4, 2.6, 2.8]) ( ) 1 >>> numpy.linspace(2,3,6) 2 array([ 2., 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3. ]) >>> numpy.zeros((3,2)) 2 array([[ 0., 0.], 3 [ 0., 0.], 4 [ 0., 0.]]) 1 numpy.ones((2,3)) 2 array([[ 1., 1., 1.], 3 [ 1., 1., 1.]]) 20 / 38
21 array (2), zeros, 1 import numpy 2 3 def make_diag(n): 4 A = numpy.zeros((n,n)) 5 for i in range(n): 6 A[i,i] = i return A 8 9 print make_diag(4) 1 [[ ] 2 [ ] 3 [ ] 4 [ ]] 21 / 38
22 array (3) reshape, ( ) (1 ) (2 ) A = numpy.arange(0, 15, 1).reshape(3, 5) 2 print A 3 B = A.reshape(5, 3) 4 print B 1 [[ ] 2 [ ] 3 [ ]] 4 [[ 0 1 2] 5 [ 3 4 5] 6 [ 6 7 8] 7 [ ] 8 [ ]] 22 / 38
23 array (4) 1 >>> numpy.random.random((3,3)) 2 array([[ , , ], 3 [ , , ], 4 [ , , ]]) 1 >>> def f(i,j): 2... return i + j >>> numpy.fromfunction(f, (3,3)) 5 array([[ 0., 1., 2.], 6 [ 1., 2., 3.], 7 [ 2., 3., 4.]]) 23 / 38
24 ,,,, 1 import numpy 2 A = numpy.arange(0, 15, 1).reshape(3, 5) 3 >>> A 4 array([[ 0, 1, 2, 3, 4], 5 [ 5, 6, 7, 8, 9], 6 [10, 11, 12, 13, 14]]) 7 >>> A[1,2] >>> A[1:3,2:4] 10 array([[ 7, 8], 11 [12, 13]]) 24 / 38
25 ,, 1 >>> A[1:3,:] # = A[1:3,0:5] 2 array([[ 5, 6, 7, 8, 9], 3 [10, 11, 12, 13, 14]]) 4 >>> A[:,2:4] # = A[0:3,2:4] 5 array([[ 2, 3], 6 [ 7, 8], 7 [12, 13]]) 8 >>> A[:,2] 9 array([ 2, 7, 12]) 10 >>> A[:,:] 11 array([[ 0, 1, 2, 3, 4], 12 [ 5, 6, 7, 8, 9], 13 [10, 11, 12, 13, 14]]) 25 / 38
26 Universal (1) array 1 >>> import numpy as np 2 >>> r = np.linspace(0, 0.5 * math.pi, 6) 3 >>> r 4 array([ 0., , , , , ]) 5 >>> r array([ 2., , , , , ]) 7 >>> r ** 2 8 array([ 0., , , , , ]) 26 / 38
27 Universal (2) sin, cos math array array numpy 1 >>> import numpy as np 2 >>> import math 3 >>> r = np.linspace(0, 0.5 * math.pi, 6) 4 >>> math.sin(r) 5 Traceback (most recent call last): 6 File "<stdin>", line 1, in <module> 7 TypeError: only length-1 arrays can be converted to Python scalars 8 >>> np.sin(0.5 * math.pi) >>> np.sin(r) 11 array([ 0., , , , , 1. ]) 27 / 38
28 Contents 1 2 Visual Python 3 Numpy Scipy 4 Scipy 5 Matplotlib 28 / 38
29 Scipy etc.!! 29 / 38
30 Contents 1 2 Visual Python 3 Numpy Scipy 4 Scipy 5 Matplotlib 30 / 38
31 Matplotlib Visual,, ( ) Matplotlib, numpy array, + 31 / 38
32 Matplotlib,.. document : user s guide: Pyplot tutorial ( y = f(x) ) mplot3d (3D ) Gallery ( ) Plotting Command Summary ( ) 32 / 38
33 1 (y = f(x)) : matplotlib.pyplot, plot show, 1 import matplotlib.pyplot as plt 2 plt.plot(...) 3 plt.show(...) :, array, plot, show 1 import matplotlib.pyplot as plt 2 import numpy as np 3 x = np.arange(0, 10, 0.01) 4 y = np.sin(x) # universal 5 plt.plot(x, y) 6 plt.show() 33 / 38
34 3D 1 import matplotlib.pyplot as plt 2 fig = plt.figure() 3 ax = fig.add_subplot(,, ) 4 ax.plot(...) 5 fig.show(...) (3x2 ) 1 import matplotlib.pyplot as plt 2 fig = plt.figure() 3 ax0 = fig.add_subplot(3,2,1) # fig.add_subplot(321) 4 ax1 = fig.add_subplot(3,2,2) # fig.add_subplot(322) ax0.plot(...) 7 ax1.plot(...) fig.show(...) 34 / 38
35 : bar,,... etc. plot pyplot tutorial, gallery :. help 1 >>> import matplotlib.pyplot as plt 2 >>> help(plt.plot) 35 / 38
36 2 (z = f(x, y)) : 1 plot 2 1 pcolor ( ) 2 contour ( ) 3 etc. (gallery plotting command summary ) 2 (x i, y i, z i), x i, y i, z i 2 (x, y) [0, 2] [0, 3] x 2 y 2 1 import matplotlib.pyplot as plt 2 import numpy as np 3 X = np.array([[0,0,0,0],[1,1,1,1],[2,2,2,2]]) 4 Y = np.array([[0,1,2,3],[0,1,2,3],[0,1,2,3]]) 5 Z = X ** 2 - Y ** 2 # array([[0,-1,-4,-9],[1,0,-3,-8]]) 6 plt.pcolor(x, Y, Z) 7 plt.show() 36 / 38
37 2 (z = f(x, y)) np.meshgrid 1 import matplotlib.pyplot as plt 2 import numpy as np 3 X = np.array([0,1,2]) 4 Y = np.array([0,1,2,3]) 5 X,Y = np.meshgrid(x, Y) 6 Z = X ** 2 - Y ** 2 # array([[0,-1,-4,-9],[1,0,-3,-8]]) 7 plt.pcolor(x, Y, Z) 8 plt.show() 37 / 38
38 2 (z = f(x, y)) 3D : plot plot surface plot wireframe etc. 1 import matplotlib.pyplot as plt 2 import numpy as np 3 import mpl toolkits.mplot3d.axes3d 4 5 fig = plt.figure() 6 ax = fig.add_subplot(1,1,1, projection= 3d ) 7 X = np.linspace(0,1,11) # array([0,0.1,0.2,...,1.0]) 8 Y = np.linspace(0,1,11) 9 X,Y = np.meshgrid(x, Y) 10 Z = X ** 2 - Y ** 2 # array([[0,-1,-4,-9],[1,0,-3,-8]]) 11 ax.plot surface(x, Y, Z) 12 fig.show() 38 / 38
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