Как найти корень функции в питоне

I need to find the root of some functions in python, for which I have only numerical data, not the actual functional form. I tried to use scipy.optimize.root, but I am getting some weird result. Here is a minimal code reproducing the issue:

import numpy as np
from scipy.interpolate import CubicSpline
from scipy import optimize

def func(x):
    return (x-4)*(np.exp(x)+1)

x = np.random.rand(1000)*10
y = func(x)
data = np.column_stack((x,y))

p = data[:,0].argsort()
x = data[:,0][p]
y = data[:,1][p]

cs = CubicSpline(x, y)

sol = optimize.root(cs, [0], method='hybr')

print(sol.x)

The output of the code is -5.42024365 which is obviously not a root of the function I picked. If I try cs(-5.42024365) I get -0.00305901 (the initial data is randomly generated, so that value will change a bit, but it is clearly not zero). If I try cs(4) I get -4.46575001e-07 which looks more like a root (and it is actually the root I am trying to find). What am I doing wrong. Why is scipy.optimize.root not giving me the right root, even for this simple problem? Thank you!


This module is always available. It provides access to the mathematical
functions defined by the C standard.

These functions cannot be used with complex numbers; use the functions of the
same name from the cmath module if you require support for complex
numbers. The distinction between functions which support complex numbers and
those which don’t is made since most users do not want to learn quite as much
mathematics as required to understand complex numbers. Receiving an exception
instead of a complex result allows earlier detection of the unexpected complex
number used as a parameter, so that the programmer can determine how and why it
was generated in the first place.

The following functions are provided by this module. Except when explicitly
noted otherwise, all return values are floats.

9.2.1. Number-theoretic and representation functions¶

math.ceil(x)

Return the ceiling of x, the smallest integer greater than or equal to x.
If x is not a float, delegates to x.__ceil__(), which should return an
Integral value.

math.copysign(x, y)

Return a float with the magnitude (absolute value) of x but the sign of
y. On platforms that support signed zeros, copysign(1.0, -0.0)
returns -1.0.

math.fabs(x)

Return the absolute value of x.

math.factorial(x)

Return x factorial. Raises ValueError if x is not integral or
is negative.

math.floor(x)

Return the floor of x, the largest integer less than or equal to x.
If x is not a float, delegates to x.__floor__(), which should return an
Integral value.

math.fmod(x, y)

Return fmod(x, y), as defined by the platform C library. Note that the
Python expression x % y may not return the same result. The intent of the C
standard is that fmod(x, y) be exactly (mathematically; to infinite
precision) equal to x - n*y for some integer n such that the result has
the same sign as x and magnitude less than abs(y). Python’s x % y
returns a result with the sign of y instead, and may not be exactly computable
for float arguments. For example, fmod(-1e-100, 1e100) is -1e-100, but
the result of Python’s -1e-100 % 1e100 is 1e100-1e-100, which cannot be
represented exactly as a float, and rounds to the surprising 1e100. For
this reason, function fmod() is generally preferred when working with
floats, while Python’s x % y is preferred when working with integers.

math.frexp(x)

Return the mantissa and exponent of x as the pair (m, e). m is a float
and e is an integer such that x == m * 2**e exactly. If x is zero,
returns (0.0, 0), otherwise 0.5 <= abs(m) < 1. This is used to “pick
apart” the internal representation of a float in a portable way.

math.fsum(iterable)

Return an accurate floating point sum of values in the iterable. Avoids
loss of precision by tracking multiple intermediate partial sums:

>>> sum([.1, .1, .1, .1, .1, .1, .1, .1, .1, .1])
0.9999999999999999
>>> fsum([.1, .1, .1, .1, .1, .1, .1, .1, .1, .1])
1.0

The algorithm’s accuracy depends on IEEE-754 arithmetic guarantees and the
typical case where the rounding mode is half-even. On some non-Windows
builds, the underlying C library uses extended precision addition and may
occasionally double-round an intermediate sum causing it to be off in its
least significant bit.

For further discussion and two alternative approaches, see the ASPN cookbook
recipes for accurate floating point summation.

math.gcd(a, b)

Return the greatest common divisor of the integers a and b. If either
a or b is nonzero, then the value of gcd(a, b) is the largest
positive integer that divides both a and b. gcd(0, 0) returns
0.

New in version 3.5.

math.isclose(a, b, *, rel_tol=1e-09, abs_tol=0.0)

Return True if the values a and b are close to each other and
False otherwise.

Whether or not two values are considered close is determined according to
given absolute and relative tolerances.

rel_tol is the relative tolerance – it is the maximum allowed difference
between a and b, relative to the larger absolute value of a or b.
For example, to set a tolerance of 5%, pass rel_tol=0.05. The default
tolerance is 1e-09, which assures that the two values are the same
within about 9 decimal digits. rel_tol must be greater than zero.

abs_tol is the minimum absolute tolerance – useful for comparisons near
zero. abs_tol must be at least zero.

If no errors occur, the result will be:
abs(a-b) <= max(rel_tol * max(abs(a), abs(b)), abs_tol).

The IEEE 754 special values of NaN, inf, and -inf will be
handled according to IEEE rules. Specifically, NaN is not considered
close to any other value, including NaN. inf and -inf are only
considered close to themselves.

New in version 3.5.

See also

PEP 485 – A function for testing approximate equality

math.isfinite(x)

Return True if x is neither an infinity nor a NaN, and
False otherwise. (Note that 0.0 is considered finite.)

New in version 3.2.

math.isinf(x)

Return True if x is a positive or negative infinity, and
False otherwise.

math.isnan(x)

Return True if x is a NaN (not a number), and False otherwise.

math.ldexp(x, i)

Return x * (2**i). This is essentially the inverse of function
frexp().

math.modf(x)

Return the fractional and integer parts of x. Both results carry the sign
of x and are floats.

math.remainder(x, y)

Return the IEEE 754-style remainder of x with respect to y. For
finite x and finite nonzero y, this is the difference x - n*y,
where n is the closest integer to the exact value of the quotient x /
y
. If x / y is exactly halfway between two consecutive integers, the
nearest even integer is used for n. The remainder r = remainder(x,
y)
thus always satisfies abs(r) <= 0.5 * abs(y).

Special cases follow IEEE 754: in particular, remainder(x, math.inf) is
x for any finite x, and remainder(x, 0) and
remainder(math.inf, x) raise ValueError for any non-NaN x.
If the result of the remainder operation is zero, that zero will have
the same sign as x.

On platforms using IEEE 754 binary floating-point, the result of this
operation is always exactly representable: no rounding error is introduced.

New in version 3.7.

math.trunc(x)

Return the Real value x truncated to an
Integral (usually an integer). Delegates to
x.__trunc__().

Note that frexp() and modf() have a different call/return pattern
than their C equivalents: they take a single argument and return a pair of
values, rather than returning their second return value through an ‘output
parameter’ (there is no such thing in Python).

For the ceil(), floor(), and modf() functions, note that all
floating-point numbers of sufficiently large magnitude are exact integers.
Python floats typically carry no more than 53 bits of precision (the same as the
platform C double type), in which case any float x with abs(x) >= 2**52
necessarily has no fractional bits.

9.2.2. Power and logarithmic functions¶

math.exp(x)

Return e raised to the power x, where e = 2.718281… is the base
of natural logarithms. This is usually more accurate than math.e ** x
or pow(math.e, x).

math.expm1(x)

Return e raised to the power x, minus 1. Here e is the base of natural
logarithms. For small floats x, the subtraction in exp(x) - 1
can result in a significant loss of precision; the expm1()
function provides a way to compute this quantity to full precision:

>>> from math import exp, expm1
>>> exp(1e-5) - 1  # gives result accurate to 11 places
1.0000050000069649e-05
>>> expm1(1e-5)    # result accurate to full precision
1.0000050000166668e-05

New in version 3.2.

math.log(x[, base])

With one argument, return the natural logarithm of x (to base e).

With two arguments, return the logarithm of x to the given base,
calculated as log(x)/log(base).

math.log1p(x)

Return the natural logarithm of 1+x (base e). The
result is calculated in a way which is accurate for x near zero.

math.log2(x)

Return the base-2 logarithm of x. This is usually more accurate than
log(x, 2).

New in version 3.3.

See also

int.bit_length() returns the number of bits necessary to represent
an integer in binary, excluding the sign and leading zeros.

math.log10(x)

Return the base-10 logarithm of x. This is usually more accurate
than log(x, 10).

math.pow(x, y)

Return x raised to the power y. Exceptional cases follow
Annex ‘F’ of the C99 standard as far as possible. In particular,
pow(1.0, x) and pow(x, 0.0) always return 1.0, even
when x is a zero or a NaN. If both x and y are finite,
x is negative, and y is not an integer then pow(x, y)
is undefined, and raises ValueError.

Unlike the built-in ** operator, math.pow() converts both
its arguments to type float. Use ** or the built-in
pow() function for computing exact integer powers.

math.sqrt(x)

Return the square root of x.

9.2.3. Trigonometric functions¶

math.acos(x)

Return the arc cosine of x, in radians.

math.asin(x)

Return the arc sine of x, in radians.

math.atan(x)

Return the arc tangent of x, in radians.

math.atan2(y, x)

Return atan(y / x), in radians. The result is between -pi and pi.
The vector in the plane from the origin to point (x, y) makes this angle
with the positive X axis. The point of atan2() is that the signs of both
inputs are known to it, so it can compute the correct quadrant for the angle.
For example, atan(1) and atan2(1, 1) are both pi/4, but atan2(-1,
-1)
is -3*pi/4.

math.cos(x)

Return the cosine of x radians.

math.hypot(x, y)

Return the Euclidean norm, sqrt(x*x + y*y). This is the length of the vector
from the origin to point (x, y).

math.sin(x)

Return the sine of x radians.

math.tan(x)

Return the tangent of x radians.

9.2.4. Angular conversion¶

math.degrees(x)

Convert angle x from radians to degrees.

math.radians(x)

Convert angle x from degrees to radians.

9.2.5. Hyperbolic functions¶

Hyperbolic functions
are analogs of trigonometric functions that are based on hyperbolas
instead of circles.

math.acosh(x)

Return the inverse hyperbolic cosine of x.

math.asinh(x)

Return the inverse hyperbolic sine of x.

math.atanh(x)

Return the inverse hyperbolic tangent of x.

math.cosh(x)

Return the hyperbolic cosine of x.

math.sinh(x)

Return the hyperbolic sine of x.

math.tanh(x)

Return the hyperbolic tangent of x.

9.2.6. Special functions¶

math.erf(x)

Return the error function at
x.

The erf() function can be used to compute traditional statistical
functions such as the cumulative standard normal distribution:

def phi(x):
    'Cumulative distribution function for the standard normal distribution'
    return (1.0 + erf(x / sqrt(2.0))) / 2.0

New in version 3.2.

math.erfc(x)

Return the complementary error function at x. The complementary error
function is defined as
1.0 - erf(x). It is used for large values of x where a subtraction
from one would cause a loss of significance.

New in version 3.2.

math.gamma(x)

Return the Gamma function at
x.

New in version 3.2.

math.lgamma(x)

Return the natural logarithm of the absolute value of the Gamma
function at x.

New in version 3.2.

9.2.7. Constants¶

math.pi

The mathematical constant π = 3.141592…, to available precision.

math.e

The mathematical constant e = 2.718281…, to available precision.

math.tau

The mathematical constant τ = 6.283185…, to available precision.
Tau is a circle constant equal to 2π, the ratio of a circle’s circumference to
its radius. To learn more about Tau, check out Vi Hart’s video Pi is (still)
Wrong, and start celebrating
Tau day by eating twice as much pie!

New in version 3.6.

math.inf

A floating-point positive infinity. (For negative infinity, use
-math.inf.) Equivalent to the output of float('inf').

New in version 3.5.

math.nan

A floating-point “not a number” (NaN) value. Equivalent to the output of
float('nan').

New in version 3.5.

CPython implementation detail: The math module consists mostly of thin wrappers around the platform C
math library functions. Behavior in exceptional cases follows Annex F of
the C99 standard where appropriate. The current implementation will raise
ValueError for invalid operations like sqrt(-1.0) or log(0.0)
(where C99 Annex F recommends signaling invalid operation or divide-by-zero),
and OverflowError for results that overflow (for example,
exp(1000.0)). A NaN will not be returned from any of the functions
above unless one or more of the input arguments was a NaN; in that case,
most functions will return a NaN, but (again following C99 Annex F) there
are some exceptions to this rule, for example pow(float('nan'), 0.0) or
hypot(float('nan'), float('inf')).

Note that Python makes no effort to distinguish signaling NaNs from
quiet NaNs, and behavior for signaling NaNs remains unspecified.
Typical behavior is to treat all NaNs as though they were quiet.

See also

Module cmath
Complex number versions of many of these functions.

Содержание

  1. Введение
  2. Арифметические функции
  3. Округление чисел. Функции ceil() и floor()
  4. Возведение в степень. Функция pow()
  5. Квадратный корень числа. Функция sqrt()
  6. Модуль числа. Функция fabs()
  7. Получение НОД. Функция gcd()
  8. Вычисление суммы последовательности. Функция fsum()
  9. Экспонента. Функция exp()
  10. Тригонометрические функции
  11. Константы
  12. Логарифмы. Функции log() и log10()
  13. Заключение

Введение

Python имеет множество встроенных модулей, которые делают разработку приложений на этом языке более удобной и эффективной. Один из таких модулей – модуль math. В нем содержатся математические функции и константы, которые могут быть полезны во многих приложениях. В статье разберем основные функции модуля более подробно.

Арифметические функции

Арифметические функции используются для различных математических операций, таких как представление чисел в разных формах и выполнение различных вычислений. 

Округление чисел. Функции ceil() и floor()

Функция ceil() служит для округления чисел до наименьшего целого числа, а floor() – до наибольшего целого числа:

Пример использования функций ceil() и floor():

import math

x = 7.6
y = 3.2

print(math.ceil(x))  # выведет 8
print(math.floor(y)) # выведет 3

Возведение в степень. Функция pow()

Функция pow() позволяет возводить число в степень.

math.pow(x, y) – вернёт число x в степени y.

Пример использования функции pow():

import math

print(math.pow(5, 3))  # выведет 125.0

Квадратный корень числа. Функция sqrt()

Функция sqrt() позволяет вычислить квадратный корень из числа.

math.sqrt(x) – вернёт квадратный корень числа x.

import math

x = 25

print(math.sqrt(x)) # выведет 5.0

Модуль числа. Функция fabs()

Функция fabs() возвращает абсолютное значение числа с плавающей точкой (float). Она работает аналогично встроенной функции abs() для целых чисел, но принимает и возвращает значения с плавающей запятой.

math.fabs(x) – вернёт число x в абсолютном виде с плавающей точкой.

Пример использования функции fabs():

import math

print(math.fabs(-50))  # выведет 50.0

Получение НОД. Функция gcd()

Функция gcd() позволяет найти наибольший общий делитель двух чисел.

math.gcd(x, y) – вернёт наибольший общий делитель чисел x и y.

Пример использования функции gcd():

import math

x = 15
y = 30

print(math.gcd(x, y))  # выведет 15

Вычисление суммы последовательности. Функция fsum()

Функция fsum() позволяет вычислить сумму значений в последовательности с плавающей точкой с повышенной точностью, чтобы избежать ошибок округления, которые могут возникать при использовании стандартной функции sum().

math.fsum(sequence) – вернёт сумму значений в последовательности sequence.

Пример использования функции fsum():

import math

mylist = [1, 0.1, 0.2, 0.3, 3]
result = math.fsum(mylist)

print(result) # выведет 4.6

Экспонента. Функция exp()

Функцию exp(), возвращает экспоненту (e в степени x), где x — аргумент функции.

math.exp(x) – вернёт экспоненту числа x.

Пример использования функции exp():

import math

x = math.exp(1)

print(x)  # выведет 2.718281828459045

Тригонометрические функции

В модуле math присутствуют тригонометрические функции: sin(), cos(), tan(), asin(), acos(), atan(), radians(), degrees(). Все они работают только в радианах, поэтому необходимо переводить градусы в радианы.

math.sin(x) – вернёт синус числа x в радианах;

math.cos(x) – вернёт косинус числа x в радианах;

math.tan(x) – вернёт тангенс числа x в радианах;

math.asin(x) – вернёт арксинус числа x в радианах;

math.acos(x) – вернёт арккосинус числа x в радианах;

math.atan(x) – вернёт арктангенс числа x в радианах.

math.radians(x) – вернёт преобразованное в радианы число x.

math.degrees(x) – вернёт преобразованное в радианы число x.

Примеры:

import math

x = math.radians(45)

print(x)   # выведет 7853981633974483
print(math.sin(x))   # выведет 0.7071067811865476
print(math.cos(x))   # выведет 0.7071067811865476
print(math.tan(x))   # выведет 0.9999999999999999
print(math.asin(x))   # выведет 0.9033391107665127
print(math.acos(x))   # выведет 0.6674572160283838
print(math.atan(x))   # выведет 0.6657737500283538
print(math.degrees(x))   # выведет 45.0

Константы

Модуль math также содержит часто используемые математические константы, такие как Число Пи и Число Эйлера.

math.pi – вернёт число Пи;

math.e – вернёт число Эйлера.

import math

print(math.pi)  # выведет 3.141592653589793
print(math.e)   # выведет 2.718281828459045

Логарифмы. Функции log() и log10()

Функция log() позволяет вычислить натуральный логарифм числа. Также можно вычислять десятичный логарифм используя функцию log10(). Если нужно найти логарифм по другому основанию, необходимо использовать формулу:

log(x, base) = frac{ln(x)}{ln(base)}

math.log(x) – вернёт логарифм числа x;

math.log10(x) – вернёт десятичный логарифм числа x.

Пример использования функций log() и log10():

import math

x = 10

print(math.log(x))  # выведет 2.302585092994046
print(math.log(x, 2))  # выведет 3.3219280948873626
print(math.log10(x))  # выведет 1.0 (логарифм по основанию 10)

Заключение

В итоге, модуль math является очень полезным инструментом для работы с математическими операциями и генерации случайных чисел в Python. Он содержит большое количество функций для различных задач, что позволяет работать с числами более эффективно и быстро.

В ходе статьи мы с Вами разобрали основные функции модуля math в Python.

Надеюсь Вам понравилась статья, желаю удачи и успехов! 🙂

Эта статья посвящена математическим функциям в Python. Для выполнения математических операций необходим модуль math.

Что такое модуль?

В C и C++ есть заголовочные файлы, в которых хранятся функции, переменные классов и так далее. При включении заголовочных файлов в код появляется возможность не писать лишние строки и не использовать одинаковые функции по несколько раз. Аналогично в Python для этого есть модули, которые включают функции, классы, переменные и скомпилированный код. Модуль содержит группу связанных функций, классов и переменных.

Есть три типа модулей в Python:

  1. Модули, написанные на Python (.py).
  2. Модули, написанные на C и загружаемые динамически (.dll, .pyd, .so, .sl и так далее).
  3. Модули, написанные на C, но связанные с интерпретатором.
    import sys
    print(sys.builtin_module_names)
    
    ('_ast', '_bisect', '_codecs', '_codecs_cn', '_codecs_hk', '_codecs_iso2022', 
    '_codecs_jp', '_codecs_kr', '_codecs_tw', '_collections', '_csv', '_datetime', 
    '_functools', '_heapq', '_imp', '_io', '_json', '_locale', '_lsprof', '_md5', 
    '_multibytecodec', '_opcode', '_operator', '_pickle', '_random', '_sha1', 
    '_sha256', '_sha512', '_sre', '_stat', '_string', '_struct', '_symtable', '_thread', 
    '_tracemalloc', '_warnings', '_weakref', '_winapi', 'array', 'atexit', 'audioop', 
    'binascii', 'builtins', 'cmath', 'errno', 'faulthandler', 'gc', 'itertools', 'marshal', 
    'math', 'mmap', 'msvcrt', 'nt', 'parser', 'signal', 'sys', 'time', 'winreg', 
    'xxsubtype', 'zipimport', 'zlib').
    

Для получения списка модулей, написанных на C, но связанных с Python, можно использовать следующий код.

Как видно из списка выше, модуль math написан на C, но связан с интерпретатором. Он содержит математические функции и переменные, о которых дальше и пойдет речь.

Функции представления чисел

ceil() и floor() — целая часть числа

Сeil() и floor() — функции общего назначения. Функция ceil округляет число до ближайшего целого в большую сторону. Функция floor убирает цифры десятичных знаков. Обе принимают десятичное число в качестве аргумента и возвращают целое число.

Пример:

# Импорт модуля math
import math

# Дробный номер
number=8.10

# выводим целую часть числа с округлением к большему
print("Верхний предел 8.10 это:",math.ceil(number))

# выводим целую часть числа с округлением к меньшему
print("Нижний предел 8.10 это:",math.floor(number))

Вывод:

Верхний предел 8.10 это: 9
Нижний предел 8.10 это: 8

Функция fabs() — абсолютное значение

Функция fabs используется для вычисления абсолютного значения числа. Если число содержит любой отрицательный знак (-), то функция убирает его и возвращает положительное дробное число.

Пример:

# Импорт модуля math
import math

number = -8.10
# вывод абсолютного значения числа
print(math.fabs(number))

Вывод:

8.1

factorial() — функция факториала

Эта функция принимает положительное целое число и выводит его факториал.

Пример:

# Импорт модуля math 
import math    

number = 5
# вывод факториала числа
print("факториала числа", math.factorial(number))

Вывод:

факториала числа 120

Примечание: при попытке использовать отрицательное число, возвращается ошибка значения (Value Error).

Пример:

# Импорт модуля math 
import math    

number = -5
# вывод факториала числа
print("факториала числа", math.factorial(number))

Вывод:

ValueError: factorial() not defined for negative values

Функция fmod() — остаток от деления

Функция fmod(x,y) возвращает x % y. Разница в том, что выражение x % y работает только с целыми числами, а эту функцию можно использовать и для чисел с плавающей точкой.

Пример:

# Импорт модуля math  
import math  

print(math.fmod(5,2))  
print(math.fmod(-5,2))  
print(math.fmod(-5.2,2))  
print(math.fmod(5.2,2))  

Вывод:

1.0
-1.0
-1.2000000000000002
1.2000000000000002

Функция frexp()

Эта функция возвращает мантиссу и показатель степени в виде пары (m,n) любого числа x, решая следующее уравнение.

Функция frexp()

Пример:

# Импорт модуля math  
import math  

print(math.frexp(24.8))

Вывод:

(0.775, 5)

Функция fsum() — точная сумма float

Вычисляет точную сумму значений с плавающей точкой в итерируемом объекте и сумму списка или диапазона данных.

Пример:

# Импорт модуля math  
import math   
    
# сумма списка
numbers=[.1,.2,.3,.4,.5,.6,.7,.8,8.9]    
print("сумма ", numbers, ":", math.fsum(numbers))    
    
# сумма диапазона    
print("сумма чисел от 1 до 10:", math.fsum(range(1,11)))   

Вывод:

сумма [0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 8.9] : 12.5
сумма чисел от 1 до 10: 55.0

Функции возведения в степень и логарифма

Функция exp()

Эта функция принимает один параметр в виде дробного числа и возвращает e^x.

Пример:

# Импорт модуля math  
import math   
    
print("e в степени 5 ", math.exp(5))
print("e в степени 2.5", math.exp(2.5))  

Вывод:

e в степени 5  148.4131591025766
e в степени 2.5 12.182493960703473

Функция expm1()

Эта функция работает так же, как и exp, но возвращает exp(x)-1. Здесь, expm1 значит exm-m-1, то есть, exp-minus-1.

Пример:

# Импорт модуля math  
import math   
    
print(math.exp(5)-1)
print(math.expm1(5))

Вывод:

147.4131591025766
147.4131591025766

Функция log() — логарифм числа

Функция log(x[,base]) находит логарифм числа x по основанию e (по умолчанию). base— параметр опциональный. Если нужно вычислить логарифм с определенным основанием, его нужно указать.

Пример:

# Импорт модуля math  
import math  
	  
# логарифм с основанием e
print(math.log(2))  
	  
# логарифм с указанным основанием (2)
print(math.log(64,2)) 

Вывод:

0.6931471805599453
6.0

Функция log1p()

Эта функция похожа на функцию логарифма, но добавляет 1 к x. log1p значит log-1-p, то есть, log-1-plus.

Пример:

# Импорт модуля math  
import math  
	  
print(math.log1p(2))

Вывод:

1.0986122886681098

Функция log10()

Вычисляет логарифм по основанию 10.

Пример:

# Импорт модуля math  
import math  

print(math.log10(1000))

Вывод:

3.0

Функция pow() — степень числа

Используется для нахождение степени числа. Синтаксис функции pow(Base, Power). Она принимает два аргумента: основание и степень.

Пример:

# Импорт модуля math  
import math  

print(math.pow(5,4))

Вывод:

625.0

Функция sqrt() — квадратный корень числа

Эта функция используется для нахождения квадратного корня числа. Она принимает число в качестве аргумента и находит его квадратный корень.

Пример:

# Импорт модуля math  
import math  

print(math.sqrt(256))

Вывод:

16.0

Тригонометрические функции

В Python есть следующие тригонометрические функции.

Функция Значение
sin принимает радиан и возвращает его синус
cos принимает радиан и возвращает его косинус
tan принимает радиан и возвращает его тангенс
asin принимает один параметр и возвращает арксинус (обратный синус)
acos принимает один параметр и возвращает арккосинус (обратный косинус)
atan принимает один параметр и возвращает арктангенс (обратный тангенс)
sinh принимает один параметр и возвращает гиперболический синус
cosh принимает один параметр и возвращает гиперболический косинус
tanh принимает один параметр и возвращает гиперболический тангенс
asinh принимает один параметр и возвращает обратный гиперболический синус
acosh принимает один параметр и возвращает обратный гиперболический косинус
atanh принимает один параметр и возвращает обратный гиперболический тангенс

Пример:

# Импорт модуля math  
import math  
  
# функция синусы  
print("синус PI/2 :", math.sin(math.pi/2))  
# функция косинуса  
print("косинус 0 :", math.cos(0))  
# функция тангенса  
print("тангенс PI/4 :", math.tan(math.pi/4))  
  
print()  
  
# функция арксинуса
print("арксинус 0 :", math.acos(0))  
# функция арккосинуса
print("арккосинус 1 :", math.acos(1))  
# функция арктангенса 
print("арктангенс 0.5 :", math.atan(0.5))  
  
print()  
  
# функция гиперболического синуса
print("гиперболический синус 1 :", math.sinh(1))  
# функция гиперболического косинуса
print("гиперболический косинус 0 :", math.cos(0))  
# функция гиперболического тангенса
print("гиперболический тангенс 1 :", math.tan(1))  
  
print()  
  
# функция обратного гиперболического синуса  
print("обратный гиперболический синус 1 :", math.acosh(1))  
# функция обратного гиперболического косинуса
print("обратный гиперболический косинус 1 :", math.acosh(1))  
# функция обратного гиперболического тангенса 
print("обратный гиперболический тангенс 0.5 :", math.atanh(0.5))  

Вывод:

синус PI/2 : 1.0
косинус 0 : 1.0
тангенс PI/4 : 0.9999999999999999

арксинус 0 : 1.5707963267948966
арккосинус 1 : 0.0
арктангенс 0.5 : 0.4636476090008061

гиперболический синус 1 : 1.1752011936438014
гиперболический косинус 0 : 1.0
гиперболический тангенс 1 : 1.5574077246549023

обратный гиперболический синус 1 : 0.0
обратный гиперболический косинус 1 : 0.0
обратный гиперболический тангенс 0.5 : 0.5493061443340549

Функция преобразования углов

Эти функции преобразуют угол. В математике углы можно записывать двумя способами: угол и радиан. Есть две функции в Python, которые конвертируют градусы в радиан и обратно.

  • degrees(): конвертирует радиан в градусы;
  • radians(): конвертирует градус в радианы;

Пример:

# Импорт модуля math  
import math  

print(math.degrees(1.57))
print(math.radians(90))

Вывод:

89.95437383553924
1.5707963267948966

Математические константы

В Python есть две математические константы: pi и e.

  1. pi: это математическая константа со значением 3.1416..
  2. e: это математическая константа со значением 2.7183..

Пример:

# Импорт модуля math  
import math  

# вывод значения PI
print("значение PI", math.pi)

# вывод значения e
print("значение e", math.e)

Вывод:

значение PI 3.141592653589793
значение e 2.718281828459045

На чтение 11 мин Просмотров 3.9к. Опубликовано 05.12.2021

В этом уроке мы познакомимся с встроенным модулем стандартной библиотеки Python. Этот модуль предоставляет множество функций для математических вычислений. В целях ускорения вычислений данный модуль «под капотом» написан на языке C.

Содержание

  1. Функции представления чисел
  2. ceil() и floor() — целая часть числа
  3. Функция fabs() — модуль числа
  4. factorial() — функция факториала
  5. Функция fmod() — остаток от деления
  6. Функция frexp()
  7. Функция fsum() — точная сумма float
  8. Функции возведения в степень и логарифма
  9. Функция exp()
  10. Функция expm1()
  11. Функция log() — логарифм числа
  12. Функция log1p()
  13. Функция log10()
  14. Функция pow() — степень числа
  15. Функция sqrt() — квадратный корень числа
  16. Тригонометрические функции
  17. Функция преобразования углов
  18. Математические константы

Функции представления чисел

ceil() и floor() — целая часть числа

Эти функции мы уже рассматривали в одной из прошлых статей.
Кратко повторим.
ceil() и floor() — способы выполнить округление. Обе принимают число с дробной частью (тип float), а возвращают целое (тип int). Разница же между ними в том, что ceil() округляет число вверх (до ближайшего большего целого числа), а floor() — вниз.


from math import floor, ceil

float_var = 3.14
first_int_var = floor(float_var)
second_int_var = ceil(float_var)
print(f'Число {float_var} имеет тип {type(float_var)}')
print(f'Округляем число {float_var} вниз и получаем {first_int_var}')
print('С типом', type(first_int_var))
print(f'Округляем число {float_var} вверх и получаем {second_int_var}')
print('С типом', type(second_int_var))
# Вывод:
Число 3.14 имеет тип <class 'float'>
Округляем число 3.14 вниз и получаем 3
С типом <class 'int'>
Округляем число 3.14 вверх и получаем 4
С типом <class 'int'>

Не забудьте импортировать модуль math в свой проект!

Функция fabs() — модуль числа

Как и встроенная функция Питона abs, функция math.fabs возвращает модуль числа (если чило отрицательное, то отбрасывается знак «-»). Но есть между ними и важные отличия. Во-первых, math.fabs не предназначена для работы с комплексными числами, во-вторых, в отличие от abs, она возвращает не целочисленное, а дробное число.


from math import fabs

var = -3
first_int_var = abs(var)
second_int_var = fabs(var)
print(f'Число {var} имеет тип {type(float_var)}')
print(f'Модуль числа {var}, полученный функцией abs: {first_int_var}')
print('С типом', type(first_int_var))
print(f'Модуль числа {float_var}, полученный функцией fabs: {second_int_var}')
print('С типом', type(second_int_var))
print(abs(complex(1, 2)))
print(fabs(complex(1, 2)))
# Вывод:
Число -3 имеет тип <class 'int'>
Модуль числа -3, полученный функцией abs: 3
С типом <class 'int'>
Модуль числа -3, полученный функцией fabs: 3.0
С типом <class 'float'>
2.23606797749979
Traceback (most recent call last):
File "C:UsersivandAppDataRoamingJetBrainsPyCharm2021.2scratchesscratch.py", line 12, in
print(fabs(complex(1, 2)))
TypeError: can't convert complex to float

factorial() — функция факториала

Эта функция предназначена для получения факториала.
Пример:


from math import factorial

var = 3
first_int_var = factorial(var)
print(f'Число {var} имеет тип {type(var)}')
print(f'Факториал числа {var}, полученный функцией factorial: {first_int_var}')
print('С типом', type(first_int_var))
# Вывод:
Число 3 имеет тип <class 'int'>
Факториал числа 3, полученный функцией factorial: 6
С типом <class 'int'>

Естественно, функция принимает только целое положительное число.


from math import factorial

var = -3
first_int_var = factorial(var)
print(f'Число {var} имеет тип {type(var)}')
print(f'Факториал числа {var}, полученный функцией factorial: {first_int_var}')
print('С типом', type(first_int_var))
# Вывод:
Traceback (most recent call last):
File "C:UsersivandAppDataRoamingJetBrainsPyCharm2021.2scratchesscratch.py", line 4, in
first_int_var = factorial(var)
ValueError: factorial() not defined for negative values
from math import factorial


var = 3.14
first_int_var = factorial(var)
print(f'Число {var} имеет тип {type(var)}')
print(f'Факториал числа {var}, полученный функцией factorial: {first_int_var}')
print('С типом', type(first_int_var))
# Вывод:
C:UsersivandAppDataRoamingJetBrainsPyCharm2021.2scratchesscratch.py:4: DeprecationWarning: Using factorial() with floats is deprecated
first_int_var = factorial(var)
Traceback (most recent call last):
File "C:UsersivandAppDataRoamingJetBrainsPyCharm2021.2scratchesscratch.py", line 4, in
first_int_var = factorial(var)
ValueError: factorial() only accepts integral values

Функция fmod() — остаток от деления

Функция fmod() является расширением оператора % — в отличие от него, данная функция может работать с числами с плавающей точкой.
Пример:


from math import fmod

var = 3.14
print('fmod(var, 2)', fmod(var, 2))
print('fmod(2, var)', fmod(2, var))
print('fmod(var, 1)', fmod(var, 1))
print('fmod(var, 3.14)', fmod(var, 3.14))
print('fmod(var, 50)', fmod(var, 50))
# Вывод:
fmod(var, 2) 1.1400000000000001
fmod(2, var) 2.0
fmod(var, 1) 0.14000000000000012
fmod(var, 3.14) 0.0
fmod(var, 50) 3.14

Функция frexp()

Эта функция возвращает мантиссу и показатель степени.
Пример:


from math import frexp

var = 3.14
print('frexp(var)', frexp(var))
# Вывод:
frexp(var) (0.785, 2)

Функция fsum() — точная сумма float

Вычисляет точную сумму значений с плавающей точкой в итерируемом объекте и сумму списка или диапазона данных.
Пример:


from math import fsum

var_list = [1/i for i in range(1, 10)]
print(f'Сумма элементов последовательностиn{var_list}nравна', fsum(var_list))
# Вывод:
Сумма элементов последовательности
[1.0, 0.5, 0.3333333333333333, 0.25, 0.2, 0.16666666666666666, 0.14285714285714285, 0.125, 0.1111111111111111]
равна 2.828968253968254

Функции возведения в степень и логарифма

Функция exp()

Эта функция принимает один параметр в виде дробного числа и возвращает e^x.
Пример:


from math import exp

var_list = 3.14
print(f'exp(3.14):', exp(var_list))
# Вывод:
exp(3.14): 23.103866858722185

Функция expm1()

Эта функция работает так же, как и exp, но возвращает exp(x)-1. Здесь, expm1 значит exm-m-1, то есть, exp-minus-1.
Пример:


from math import exp, expm1

var_list = 3.14
print(f'exp(3.14) - 1:', exp(var_list) - 1)
print(f'expm1(3.14):', expm1(var_list))
# Вывод:
exp(3.14) - 1: 22.103866858722185
expm1(3.14): 22.103866858722185

Функция log() — логарифм числа

Функция log(x[,base]) находит логарифм числа x по основанию e (по умолчанию). base— параметр опциональный. Если нужно вычислить логарифм с определенным основанием, его нужно указать.
Пример:


from math import log

var_list = 3.14
print(f'log(3.14):', log(var_list))
# Вывод:
log(3.14): 1.144222799920162

Функция log1p()

Эта функция похожа на функцию логарифма, но добавляет 1 к x. log1p значит log-1-p, то есть, log-1-plus.
Пример:


from math import log, log1p

var_list = 3.14
print(f'log(3.14 + 1):', log(var_list + 1))
print(f'log1p(3.14):', log1p(var_list))
# Вывод:
log(3.14 + 1): 1.420695787837223
log1p(3.14): 1.420695787837223

Функция log10()

Вычисляет логарифм по основанию 10.
Пример:


from math import log10

var_list = 3.14
print(f'log10(3.14):', log10(var_list))
# Вывод:
log10(3.14): 0.49692964807321494

Функция pow() — степень числа

Используется для нахождения степени числа. Синтаксис функции pow(Base, Power). Она принимает два аргумента: основание и степень.
Пример:


from math import pow

var_list = 3.14
print(f'pow(3.14, 10):', pow(var_list, 10))
print(f'pow(10, 3.14):', pow(10, var_list))
print(f'pow(10, 10):', pow(10, 10))
# Вывод:
pow(3.14, 10): 93174.3733866435
pow(10, 3.14): 1380.3842646028852
pow(10, 10): 10000000000.0

Функция sqrt() — квадратный корень числа

Эта функция используется для нахождения квадратного корня числа. Она принимает число в качестве аргумента и находит его квадратный корень.
Пример:


from math import sqrt

var_list = 3.14
print(f'sqrt(3.14):', sqrt(var_list))
print(f'sqrt(93174.3733866435):', sqrt(93174.3733866435))
print(f'sqrt(10000000000):', sqrt(10000000000))
# Вывод:
sqrt(3.14): 1.772004514666935
sqrt(93174.3733866435): 305.2447761824001
sqrt(10000000000): 100000.0

Тригонометрические функции

В Python есть следующие тригонометрические функции.

Функция Значение
sin принимает радиан и возвращает его синус
cos принимает радиан и возвращает его косинус
tan принимает радиан и возвращает его тангенс
asin принимает один параметр и возвращает арксинус (обратный синус)
acos принимает один параметр и возвращает арккосинус (обратный косинус)
atan принимает один параметр и возвращает арктангенс (обратный тангенс)
sinh принимает один параметр и возвращает гиперболический синус
cosh принимает один параметр и возвращает гиперболический косинус
tanh принимает один параметр и возвращает гиперболический тангенс
asinh принимает один параметр и возвращает обратный гиперболический синус
acosh принимает один параметр и возвращает обратный гиперболический косинус
atanh принимает один параметр и возвращает обратный гиперболический тангенс

Пример:


from math import sin, cos, tan, acos, atan, sinh, acosh, atanh, asin

var = 0.5
print('sin(var):', sin(var))
print('cos(var):', cos(var))
print('tan(var):', tan(var))
print('acos(var):', acos(var))
print('asin(var):', asin(var))
print('atan(var):', atan(var))
print('sinh(var):', sinh(var))
print('acosh(3.14):', acosh(3.14))
print('atanh(var):', atanh(var))
# Вывод:
sin(var): 0.479425538604203
cos(var): 0.8775825618903728
tan(var): 0.5463024898437905
acos(var): 1.0471975511965979
asin(var): 0.5235987755982989
atan(var): 0.4636476090008061
sinh(var): 0.5210953054937474
acosh(3.14): 1.810991348900196
atanh(var): 0.5493061443340549

Функция преобразования углов

Эти функции преобразуют угол. В математике углы можно записывать двумя способами: угол и радиан. Есть две функции в Python, которые конвертируют градусы в радиан и обратно.
• degrees(): конвертирует радиан в градусы;
• radians(): конвертирует градус в радианы;
Пример:


from math import degrees, radians

var_1 = 3.14
var_2 = 4.13
print('degrees(var_1):', degrees(var_1))
print('radians(var_2):', radians(var_2))
# Вывод:
degrees(var_1): 179.9087476710785
radians(var_2): 0.07208209810736581

Математические константы

В Python есть две математические константы: pi и e.
1. pi: это математическая константа со значением 3.1416..
2. e: это математическая константа со значением 2.7183..
Пример:


import math

# вывод значения PI
print("значение PI", math.pi)

# вывод значения e
print("значение e", math.e)
Вывод:
значение PI 3.141592653589793
значение e 2.718281828459045

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как исправить все тройки в вузе
  • Как правильно составить силлогизм
  • Как найти хорошего гастроэнтеролога в воронеже
  • Bad module info windows 10 как исправить dayz
  • Как найти площадь фигуры заданной функцией