用Python做科学计算，406页高清文字版pdf- 教程下载

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用Python做科学计算

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Python是一种面向对象的、动态的程序设计语言。具有非常简洁而清晰的语法，适合于完成各种高层

任务。它既可以用来快速开发程序脚本，也可以用来开发大规模的软件。

随着NumPy, SciPy, Matplotlib, Enthought librarys等众多程序库的开发，Python越来越适合于做科

学计算、绘制高质量的2D和3D图像。和科学计算领域最流行的商业软件Matlab相比，Python是一门

通用的程序设计语言，比Matlab所采用的脚本语言的应用范围更广泛，有更多的程序库的支持。虽然

1

用Python做科学计算

Matlab中的许多高级功能和toolbox目前还是无法替代的，不过在日常的科研开发之中仍然有很多的

工作是可以用Python代劳的。

本书将介绍如何用Python开发科学计算的应用程序，除了介绍数值计算之外，我们还将着重介绍如何

制作交互式的2D、3D图像；如何设计精巧的程序界面；如何和C语言所编写的高速计算程序结合；如

何编写声音、图像处理算法。

阅读本书你需要学习过Python语言的一些基础知识，对面向对象的程序开发有所了解。有关Python语

言基础的知识，可以参考：

啄木鸟社区的Python图书概览：

本书中的所有示例均在Windows XP系统下采用Py果你觉得安装众多的Python

程序库很麻烦，不妨下载安装Py

2

部分 I

基础篇

3

第 1 章

软件包的安装和介绍

1.1 安装软件包

1.1.1 安装

和Matlab不同，Python的科学软件包由众多的社区维护和发布，因此要一一将其收集齐安装到你的电

脑里是一件很费时间的事情。幸好这些工作已经有人帮我们整理好了。只需要下载一个文件，一次安

装就能拥有众多的函数库可供使用。

这里介绍两个科学计算Python合集的下载和安装过程。

Python(x,y)

发布的Python(x,y)将近400M，收集了众多的函数库以及文档、教程。并

且提供了一个方便的启动界面：

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用Python做科学计算

图 1.1 - Python(x,y)的启动画面

• Shortcuts：启动各种应用程序

• Documentation：打开各个软件包的文档

• About：查看所安装的程序库的版本信息

Enthought Python Distribution (EPD)

下载地址：http://www.enthought.com/products/getepd.php EPD是一个商业的Python发行版

本，同样包括了众多的科学软件包，而且作为教学使用是免费的，大小约为250M。

1.1.2 工具

安装好了之后先看看下面这些常用的工具，在以后的学习过程中会经常用到。

iPython

ipython 是一个 python 的交互式 shell，比默认的 python shell 好用得多，支持变量自动补全，自动

缩近，支持 bash shell 命令，内置了许多很有用的功能和函数。

如果你安装了Python(x,y)的话，可以从Python(x,y)的启动界面中运行iPython。

6

第 1 章

软件包的安装和介绍

用Python做科学计算

图 1.2 - 通过Python(x,y) Home启动IPython的各种选项

从下拉选择框中选择你想运行的iPython，然后点击后面的①或者②按钮启动iPython。下拉选择框中

的IPython(x,y)、IPython(Qt)、IPython(wxPython)和IPython(mlab)等几个选项都是启动iPython，

只不过它们的启动方式不同。而Python选项则只启动单纯的Python Shell。

选项

参数

含义

IPython(x,y)

IPython(Qt)

-pylab -p xy

-q4thread

IPython(wxPython) -wthread

IPython(mlab) -wthread

点击①按钮将用一个叫做Console的软件启动Shell，此软件在窗口中显示Shell，并且支持多标签。点

击②按钮用Windows自带的Cmd启动Shell。

如果你用python(x,y)的启动界面通过IPython(x,y)运行iPython的话，那么在iPython打开之后自动运

行一个default.py脚本。此脚本缺省执行以下的函数库导入:

import numpy

import scipy

from numpy import *

为了和numpy, scipy等社区的推荐的标准导入方式一致，请点击按钮③，然后在打开的文件夹中添加

一个名为numpy.py的文件，编辑此文件，添加以下几行推荐的导入:

import numpy as np

import scipy as sp

import pylab as pl

1.1. 安装软件包

7

用Python做科学计算

此后运行IPython(x,y)的时候请记着要选择numpy.py为启动脚本。

如果要使用等在shell中和图形界面进行交互的话，需要选择带-wthread参数的选项

图 1.3 - 使用IPython交互式地绘制正弦波

在iPython的交互中可以方便地使用如下功能：

• 自动补全：输入一部分文字之后按tab键，iPython将列出所有以输入补全信息。

• 查看文档：输入需要查看文档的函数，然后在后面添加?或者??，?表示查看函数的文档，??表示

查看其Python源代码，如果函数不是Python写的，则查看不到。

• 执行cmd命令：ls-列出当前目录下的所有文件，cd-显示或者更改当前路径

• 执行Python程序：用run *.py命令，在IPython中运行指定的py文件。如果加-i参数的话，则在

IPython的命名空间中执行。也就是说在文件中没有定义名称会直接使用在IPython中的。

• 执行剪切板中的程序：你可以从本书中复制代码，然后在IPython命令窗口中执行paste命令运行

复制的代码。如果执行paste foo的话，将把剪切板中的内容复制到变量foo中。变量foo是一个

IPython提供的SList列表类型，它提供了很多操作所复制的内容的方法。

• 执行系统命令：在要执行的系统名字之前添加一个!号。例如执行!test.py的话，那么将让系统运

行test.py文件。和run命令不同的是，test.py完全在另外的进程中运行。

spyder

spyder是Python(x,y)的作者为它开发的一个简单的Python开发环境。和其它Python IDE相比它最大

的优点就是模仿MATLAB的workspace功能，可以很方便地观察和修改数组的值。

8

第 1 章

软件包的安装和介绍

用Python做科学计算

spyder的项目地址：

der的界面截图：

图 1.4 - 在Spyder中执行图像处理的程序

Workspace的截图，列出了其中的变量名以及类型和大小等信息。鼠标右键可以显示出操作指

定变量的菜单：

Warning: Workspace缺省配置不显示大写字母开头的变量，可以在Workspace菜单中修改这项

配置。

图 1.5 - 使用Workspace查看变量内容

1.1. 安装软件包

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