用 Python 做科学计算

发布于 2025-02-25 22:46:16 字数 3143 浏览 0 评论 0 收藏 0

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 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： http://wiki.woodpecker.org.cn/moin/PyBooks

本书中的所有示例均在 Windows XP 系统下采用 Python(x,y) 通过测试。如果你觉得安装众多的 Python 程序库很麻烦，不妨下载安装 Python(x,y)。请阅读：软件包的安装和介绍

基础篇

科学计算所用到的各种库的入门介绍

软件包的安装和介绍
- 安装软件包
- 函数库介绍
NumPy-快速处理数据
- ndarray 对象
- ufunc 运算
- 矩阵运算
- 文件存取
SciPy-数值计算库
- 最小二乘拟合
- 函数最小值
- 非线性方程组求解
- B-Spline 样条曲线
- 数值积分
- 解常微分方程组
- 滤波器设计
- 用 Weave 嵌入 C 语言
SymPy-符号运算好帮手
- 封面上的经典公式
- 球体体积
matplotlib-绘制精美的图表
- 快速绘图
- 绘制多轴图
- 配置文件
- Artist 对象
Traits-为 Python 添加类型定义
- 背景
- Traits 是什么
- 动态添加 Trait 属性
- Property 属性
- Trait 属性监听
TraitsUI-轻松制作用户界面
- 缺省界面
- 自定义界面
- 配置视图
Chaco-交互式图表
- 面向脚本绘图
- 面向应用绘图
TVTK-三维可视化数据
- TVTK 使用简介
- TVTK 的改进
Mayavi-更方便的可视化
- 用 mlab 快速绘图
- Mayavi 应用程序
- 将 Mayavi 嵌入到界面中
Visual-制作 3D 演示动画
- 场景、物体和照相机
- 简单动画
- 盒子中反弹的球
OpenCV-图像处理和计算机视觉
- 读写图像和视频文件

手册篇

各个库的用户使用手册的翻译

Traits 使用手册
- traits
- traits.ui
Visual 使用手册
- 场景窗口

实战篇

用所学到的东西解决实际问题

声音的输入输出
- 读写 Wave 文件
- 用 pyAudio 播放和录音
- 用 pyMedia 播放 Mp3
数字信号系统
- FIR 和 IIR 滤波器
- FIR 滤波器设计
- IIR 滤波器设计
- 滤波器的频率响应
- 二次均衡器设计工具
FFT 演示程序
- FFT 知识复习
- 合成时域信号
- 三角波 FFT 演示程序
频域信号处理
- 观察信号的频谱
- 快速卷积
- Hilbert 变换
Ctypes 和 NumPy
- 用 ctypes 加速计算
- 用 ctypes 调用 DLL
- numpy 对 ctypes 的支持
自适应滤波器和 NLMS 模拟
- 自适应滤波器简介
- NLMS 计算公式
- NumPy 实现
- DLL 函数的编写
- ctypes 的 python 接口
单摆和双摆模拟
- 单摆模拟
- 双摆模拟
分形与混沌
- Mandelbrot 集合
- 迭代函数系统(IFS)
- L-System 分形