Использование python для математических вычислений

Python – мощный высокоуровневый язык программирования, который набрал большую популярность в 2018 году. Его используют в разных областях – включая веб-разработку, системные утилиты, машинное обучение, анализ данных благодаря открытому исходному коду. Данный язык программирования имеет достаточное количество библиотек, которые ускоряют и облегчают процесс разработки.

Если обратиться к рейтингу языков программирования по версии GitHub, то можно увидеть, что Python разместился на третьем месте в списке популярных языков программирования. Сайт Stackoverflow.com называет его «самым быстрорастущим языком программирования». Ознакомиться с ростом популярности ЯП можно на диаграмме:

Рассмотрим библиотеки, которые могут заменить такие популярные математические обеспечения как: Mathсad, MATLAB, Maple и другие.

Отличительной особенностью использования Python по сравнению с популярными программами является цена. Профессиональные программные обеспечения имеют довольно высокую стоимость. К примеру, подписка на базовую профессиональную лицензию «Mathcad Professional Individual» стоит примерно 40 тысяч рублей. Python же является бесплатным. Для его использования необходимо скачать python с официального сайта. Для более приятной работы, при желании, можно установить IDE (например, PyCharm) и подключить необходимые модули.

Для отображения каких-либо расчетов удобно использовать диаграммы и гистограммы. В основном, для визуализации информации используется библиотека «matplotlib». Синтаксис данной библиотеки похож на синтаксис MATLAB.

Histogram: ц = 50, ст = 55

0.08 -

0.07 -

0.06 -

0.05 -

0.04

0.03 -

0.02 -

0.01 - о.оо-

30     35     40     45     50     55     60     65     70

х

Рисунок 2 – Пример работы matplotlib

Рассмотрим библиотеку «NumPy». Данная библиотека упрощает работу с векторами и матрицам. В ее функционале имеются методы для различных операций: расчет определителя, транспонирование, умножение и сложение матриц, также полезной функцией является решение линейных уравнений. Например, решим такую систему уравнений:

г   x1 + 2x2 = 10,

{3x1 + 2x2 + x3 = 23, (   x2 + 2x3 = 13.

1). Ответом будет вектор-строка [4, 3, 5]. Программный код представлен в таблице 1.

Рассмотрим еще одну библиотеку под названием «SciPy». Это библиотека для Python с открытым исходным кодом, предназначенная для научных и инженерных расчётов. Главным преимуществом данной библиотеки являются возможности работы с интегралами, дифференциальными уравнениям, статистика, работа с генетическими алгоритмами.

Для демонстрации функционала библиотеки решим такой интеграл:

/ ,

x2dx

Ответ будет 21. Программный код представлен в таблице 2.

y1=f1(x) i1 = simps(y1,x) print(i1)

Таким образом, использование Python для математических вычислений имеет место быть. Главным преимуществом перед специализированным программным обеспечением является цена. Все библиотеки, которые были представлены в данной статье находятся в свободном доступе. Для использования необходимо использовать IDE, либо стандартный интерпретатор.