Python在函數(shù)作圖上的應(yīng)用

摘 要：Python語言具有強(qiáng)大的科學(xué)計算功能，因此，將該語言引入到數(shù)學(xué)實驗教學(xué)具有重要的意義。本文選取高等數(shù)學(xué)教材上的函數(shù)實例，通過Python語言分別實現(xiàn)了二維和三維函數(shù)圖形的繪圖實驗。結(jié)果表明，Python語言能夠用簡潔的命令語句繪制出各類精美的函數(shù)圖形。

關(guān)鍵詞：Python 數(shù)學(xué)實驗 函數(shù) 繪圖

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-1578（2018）01-0022-02

1 引言

Python是一種解釋型、面向?qū)ο蟮母呒壋绦蛟O(shè)計語言。近年來，Python語言在數(shù)學(xué)建模和各類算法大賽中的應(yīng)用備受關(guān)注。與傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)軟件MATLAB相比，MATLAB的大部分常用功能都可以在Python中找到相應(yīng)的擴(kuò)展庫（或模塊）來實現(xiàn)。此外，用Python做科學(xué)計算有自身的優(yōu)勢[1]：一方面，MATLAB是一款商用軟件，并且價格昂貴。而Python及其絕大多數(shù)擴(kuò)展庫則是完全免費(fèi)的。另一方面，相對于MATLAB等數(shù)學(xué)軟件，Python具有強(qiáng)大的界面設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)通信等功能，使開發(fā)者更容易實現(xiàn)完整的應(yīng)用程序開發(fā)。鑒于Python語言強(qiáng)大的科學(xué)計算功能和廣闊的應(yīng)用前景，將Python引入到數(shù)學(xué)實驗教學(xué)具有特殊的意義。下面僅從繪制函數(shù)圖形方面介紹Python在數(shù)學(xué)實驗教學(xué)方面的應(yīng)用。

2 繪圖實驗

函數(shù)圖像的繪制是數(shù)學(xué)實驗的基本內(nèi)容，掌握Python提供的基本繪圖命令，并能繪制相關(guān)函數(shù)圖形是應(yīng)用Python進(jìn)行其他數(shù)學(xué)實驗的重要基礎(chǔ)。本實驗分為二維函數(shù)圖形和三維函數(shù)圖形的繪制兩部分，實驗用到的函數(shù)均來自同濟(jì)大學(xué)編寫的《高等數(shù)學(xué)》[2]教材（第七版）。本實驗的實驗環(huán)境是Windows10+Python2.7，最主要的工具是Python中經(jīng)典的matplolib繪圖模塊。

2.1 二維函數(shù)圖形的繪制

實驗步驟主要包括導(dǎo)入模塊，生成繪圖數(shù)據(jù)，繪圖和顯示圖形。先看一個簡單的函數(shù)繪圖例子。

3 結(jié)語

綜上可知，恰當(dāng)利用Python的相關(guān)模塊matplotlib和mpl_toolkits等，能夠用簡潔的命令語句繪制出常見的函數(shù)圖形實際上，對極坐標(biāo)，對數(shù)坐標(biāo)，隱函數(shù)等各類情況的函數(shù)作圖也可以通過以上模塊實現(xiàn)。另外，Python還提供了其他強(qiáng)大的繪圖模塊，例如Mayavi，該模塊函數(shù)被廣泛地用于3d圖形繪制和數(shù)據(jù)可視化。目前，將Python用于數(shù)學(xué)實驗教學(xué)還不多見，是十分值得探索的?？梢钥闯?，此類數(shù)學(xué)實驗除了有助于學(xué)生理解和應(yīng)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識，對于學(xué)生領(lǐng)會Python語言本身的編程思想也有一定幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張若愚.Python科學(xué)計算[M].清華大學(xué)出版社，2016.

[2] 同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)系.高等數(shù)學(xué)（第七版，上冊）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[3] 同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)系.高等數(shù)學(xué)（第七版，下冊）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[4] 伍麗華.數(shù)學(xué)軟件教程（高等學(xué)校實驗課程教材）[M].廣州：中山大學(xué)出版社，2008.

作者簡介：徐明（1976-），男，博士，副教授，籍貫：湖北省荊州市。endprint