複數和 cmath 模組
cmath
模組類似於 math
模組,但是為複雜平面定義了適當的函式。
首先,複數是一種數字型別,它是 Python 語言本身的一部分,而不是由庫類提供。因此,對於普通的算術表示式,我們不需要 import cmath
。
請注意,我們使用 j
(或 J
)而不是 i
。
z = 1 + 3j
我們必須使用 1j
,因為 j
將是變數的名稱而不是數字文字。
1j * 1j
Out: (-1+0j)
1j ** 1j
# Out: (0.20787957635076193+0j) # "i to the i" == math.e ** -(math.pi/2)
我們有 real
部分和 imag
(虛構)部分,以及複雜的 conjugate
:
# real part and imaginary part are both float type
z.real, z.imag
# Out: (1.0, 3.0)
z.conjugate()
# Out: (1-3j) # z.conjugate() == z.real - z.imag * 1j
內建函式 abs
和 complex
也是語言本身的一部分,不需要任何匯入:
abs(1 + 1j)
# Out: 1.4142135623730951 # square root of 2
complex(1)
# Out: (1+0j)
complex(imag=1)
# Out: (1j)
complex(1, 1)
# Out: (1+1j)
complex
函式可以帶一個字串,但它不能有空格:
complex('1+1j')
# Out: (1+1j)
complex('1 + 1j')
# Exception: ValueError: complex() arg is a malformed string
但是對於大多數功能我們確實需要模組,例如 sqrt
:
import cmath
cmath.sqrt(-1)
# Out: 1j
當然,對於複數和實數,sqrt
的行為是不同的。在非複雜的 math
中,負數的平方根會引發異常:
import math
math.sqrt(-1)
# Exception: ValueError: math domain error
提供函式以轉換到極座標和從極座標轉換:
cmath.polar(1 + 1j)
# Out: (1.4142135623730951, 0.7853981633974483) # == (sqrt(1 + 1), atan2(1, 1))
abs(1 + 1j), cmath.phase(1 + 1j)
# Out: (1.4142135623730951, 0.7853981633974483) # same as previous calculation
cmath.rect(math.sqrt(2), math.atan(1))
# Out: (1.0000000000000002+1.0000000000000002j)
複雜分析的數學領域超出了本例的範圍,但是複平面中的許多函式具有分支切割,通常沿著實軸或虛軸。大多數現代平臺都支援 IEEE 754 中規定的有符號零,它在分支切割的兩側提供這些功能的連續性。以下示例來自 Python 文件:
cmath.phase(complex(-1.0, 0.0))
# Out: 3.141592653589793
cmath.phase(complex(-1.0, -0.0))
# Out: -3.141592653589793
cmath
模組還提供許多功能,與 math
模組直接對應。
除了 sqrt
之外,還有複雜版本的 exp
,log
,log10
,三角函式及其逆(sin
,cos
,tan
,asin
,acos
,atan
),以及雙曲函式及其逆函式(sinh
,cosh
,tanh
,asinh
,acosh
,atanh
)。但請注意,沒有複雜的對應物 math.atan2
,兩個引數形式的反正切。
cmath.log(1+1j)
# Out: (0.34657359027997264+0.7853981633974483j)
cmath.exp(1j * cmath.pi)
# Out: (-1+1.2246467991473532e-16j) # e to the i pi == -1, within rounding error
提供常數 pi
和 e
。注意這些是 float
而不是 complex
。
type(cmath.pi)
# Out: <class 'float'>
cmath
模組還提供複雜版本的 isinf
和(對於 Python 3.2+)isfinite
。請參閱“ Infinity 和 NaN ”。如果複數的實部或其虛部是無窮大,則該複數被認為是無窮大的。
cmath.isinf(complex(float('inf'), 0.0))
# Out: True
同樣,cmath
模組提供了 isnan
的複雜版本。請參閱“ Infinity 和 NaN ”。如果複數的實部或其虛部是非數字,則該複數被認為是非數字。
cmath.isnan(0.0, float('nan'))
# Out: True
請注意,math.inf
和 math.nan
常量沒有 cmath
對應物(來自 Python 3.5 及更高版本)
Python 3.x >= 3.5
cmath.isinf(complex(0.0, math.inf))
# Out: True
cmath.isnan(complex(math.nan, 0.0))
# Out: True
cmath.inf
# Exception: AttributeError: module 'cmath' has no attribute 'inf'
在 Python 3.5 及更高版本中,cmath
和 math
模組都有一個 isclose
方法。
Python 3.x >= 3.5
z = cmath.rect(*cmath.polar(1+1j))
z
# Out: (1.0000000000000002+1.0000000000000002j)
cmath.isclose(z, 1+1j)
# True