python微元法计算函数曲线长度的方法

yipeiwu_com7年前Python基础

计算曲线长度,根据线积分公式:

python微元法计算函数曲线长度,令积分函数 f(x,y,z) 为1,即计算曲线的长度,将其微元化:

python微元法计算函数曲线长度

其中

python微元法计算函数曲线长度

根据此时便可在python编程实现,给出4个例子,代码中已有详细注释,不再赘述

'''
计算曲线长度,根据线积分公式:
\int_A^Bf(x,y,z)dl,令积分函数为1,即计算曲线的长度
'''
import numpy as np
from mpl_toolkits.mplot3d import *
import matplotlib.pyplot as plt

## 求二维圆周长,半径为1,采用参数形式
def circle_2d(dt=0.001,plot=True):
 dt = dt # 变化率
 t = np.arange(0,2*np.pi, dt)
 x = np.cos(t)
 y = np.sin(t)

 # print(len(t))
 area_list = [] # 存储每一微小步长的曲线长度

 for i in range(1,len(t)):
  # 计算每一微小步长的曲线长度,dx = x_{i}-x{i-1},索引从1开始
  dl_i = np.sqrt( (x[i]-x[i-1])**2 + (y[i]-y[i-1])**2 ) 
  # 将计算结果存储起来
  area_list.append(dl_i)

 area = sum(area_list)# 求和计算曲线在t:[0,2*pi]的长度

 print("二维圆周长:{:.4f}".format(area))
 if plot:
  fig = plt.figure()
  ax = fig.add_subplot(111)
  ax.plot(x,y)
  plt.title("circle")
  plt.show()


## 二维空间曲线,采用参数形式
def curve_param_2d(dt=0.0001,plot=True):
 dt = dt # 变化率
 t = np.arange(0,2*np.pi, dt)
 x = t*np.cos(t)
 y = t*np.sin(t)

 # print(len(t))
 area_list = [] # 存储每一微小步长的曲线长度

 # 下面的方式是循环实现
 # for i in range(1,len(t)):
 #  # 计算每一微小步长的曲线长度,dx = x_{i}-x{i-1},索引从1开始
 #  dl_i = np.sqrt( (x[i]-x[i-1])**2 + (y[i]-y[i-1])**2 ) 
 #  # 将计算结果存储起来
 #  area_list.append(dl_i)

 # 更加pythonic的写法
 area_list = [np.sqrt( (x[i]-x[i-1])**2 + (y[i]-y[i-1])**2 ) for i in range(1,len(t))]

 area = sum(area_list)# 求和计算曲线在t:[0,2*pi]的长度

 print("二维参数曲线长度:{:.4f}".format(area))

 if plot:

  fig = plt.figure()
  ax = fig.add_subplot(111)
  ax.plot(x,y)
  plt.title("2-D Parameter Curve")
  plt.show()

## 二维空间曲线
def curve_2d(dt=0.0001,plot=True):
 dt = dt # 变化率
 t = np.arange(-6,10, dt)
 x = t
 y = x**3/8 - 4*x + np.sin(3*x)

 # print(len(t))
 area_list = [] # 存储每一微小步长的曲线长度

 # for i in range(1,len(t)):
 #  # 计算每一微小步长的曲线长度,dx = x_{i}-x{i-1},索引从1开始
 #  dl_i = np.sqrt( (x[i]-x[i-1])**2 + (y[i]-y[i-1])**2 ) 
 #  # 将计算结果存储起来
 #  area_list.append(dl_i)

 area_list = [np.sqrt( (x[i]-x[i-1])**2 + (y[i]-y[i-1])**2 ) for i in range(1,len(t))]

 area = sum(area_list)# 求和计算曲线在t:[0,2*pi]的长度

 print("二维曲线长度:{:.4f}".format(area))

 if plot:
  fig = plt.figure()
  ax = fig.add_subplot(111)
  ax.plot(x,y)
  plt.title("2-D Curve")
  plt.show()

## 三维空间曲线,采用参数形式
def curve_3d(dt=0.001,plot=True):
 dt = dt # 变化率
 t = np.arange(0,2*np.pi, dt)
 x = t*np.cos(t)
 y = t*np.sin(t)
 z = 2*t

 # print(len(t))
 area_list = [] # 存储每一微小步长的曲线长度

 for i in range(1,len(t)):
  # 计算每一微小步长的曲线长度,dx = x_{i}-x{i-1},索引从1开始
  dl_i = np.sqrt( (x[i]-x[i-1])**2 + (y[i]-y[i-1])**2 + (z[i]-z[i-1])**2 ) 
  # 将计算结果存储起来
  area_list.append(dl_i)

 area = sum(area_list)# 求和计算曲线在t:[0,2*pi]的长度

 print("三维空间曲线长度:{:.4f}".format(area))

 if plot:
  fig = plt.figure()
  ax = fig.add_subplot(111,projection='3d')
  ax.plot(x,y,z)
  plt.title("3-D Curve")
  plt.show()

if __name__ == '__main__':

 circle_2d(plot=True)
 curve_param_2d(plot=True)
 curve_2d(plot=True)
 curve_3d(plot=True)

得到结果:

二维圆周长:6.2830
二维参数曲线长度:21.2558
二维曲线长度:128.2037
三维空间曲线长度:25.3421

python微元法计算函数曲线长度

python微元法计算函数曲线长度

python微元法计算函数曲线长度

python微元法计算函数曲线长度

以上这篇python微元法计算函数曲线长度的方法就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持【听图阁-专注于Python设计】。

相关文章

利用TensorFlow训练简单的二分类神经网络模型的方法

利用TensorFlow训练简单的二分类神经网络模型的方法

利用TensorFlow实现《神经网络与机器学习》一书中4.7模式分类练习 具体问题是将如下图所示双月牙数据集分类。 使用到的工具: python3.5  &nbs...

Python实现的一个自动售饮料程序代码分享

写这个程序的时候,我已学习Python将近有一百个小时,在CSDN上看到有人求助使用Python如何写一个自动售饮料的程序,我一想,试试写一个实用的售货程序。当然,只是实现基本功能,欢迎...

django认证系统 Authentication使用详解

前言 Django自带一个用户认证系统,用于处理用户账户、群组、许可和基于cookie的用户会话。 Django的认证系统包含了身份验证和权限管理两部分。简单地说,身份验证用于核实某个用...

Django实现支付宝付款和微信支付的示例代码

Django实现支付宝付款和微信支付的示例代码

支付宝支付和微信支付是当今互联网产品常用的功能,我使用Django Rest Framework实现了网页上支付宝支付和微信支付的一个通用服务,提供rpc接口给其他服务,包括获取支付宝支...

对python sklearn one-hot编码详解

one-hot编码的作用 使用one-hot编码,将离散特征的取值扩展到了欧式空间,离散特征的某个取值就对应欧式空间的某个点 将离散特征通过one-hot编码映射到欧式空间,是因为,在回...