Python: 復數的數學運算

寫的最新的網絡認證方案代碼遇到了一個難題，唯一的解決辦法就是使用復數空間，需要使用復數來執行一些計算操作。

復數可以用使用函數complex(real, imag) 或者是帶有后綴j 的浮點數來指定。
比如：

>>> a = complex(2, 4)
>>> b = 3 - 5j
>>> a
(2+4j)
>>> b
(3-5j)

 
對應的實部、虛部和共軛復數可以很容易的獲取。就像下面這樣：

>>> a.real
2.0
>>> a.imag
4.0
>>> a.conjugate()
(2-4j)

 
另外，所有常見的數學運算都可以工作：

>>> a + b
(5-1j)
>>> a * b
(26+2j)
>>> a / b
(-0.4117647058823529+0.6470588235294118j)
>>> abs(a)
4.47213595499958

 
如果要執行其他的復數函數比如正弦、余弦或平方根，使用cmath 模塊：

>>> import cmath
>>> cmath.sin(a)
(24.83130584894638-11.356612711218174j)
>>> cmath.cos(a)
(-11.36423470640106-24.814651485634187j)
>>> cmath.exp(a)
(-4.829809383269385-5.5920560936409816j)

 

Python 中大部分與數學相關的模塊都能處理復數。比如如果你使用numpy ，可以很容易的構造一個復數數組並在這個數組上執行各種操作：

>>> import numpy as np
>>> a = np.array([2+3j, 4+5j, 6-7j, 8+9j])
>>> a
array([ 2.+3.j, 4.+5.j, 6.-7.j, 8.+9.j])
>>> a + 2
array([ 4.+3.j, 6.+5.j, 8.-7.j, 10.+9.j])
>>> np.sin(a)
array([ 9.15449915 -4.16890696j, -56.16227422 -48.50245524j,
-153.20827755-526.47684926j, 4008.42651446-589.49948373j])

 

Python 的標准數學函數確實情況下並不能產生復數值，因此你的代碼中不可能會
出現復數返回值。比如：

>>> import math
>>> math.sqrt(-1)
Traceback (most recent call last):File "<stdin>", line 1, in <module> ValueError: math domain error

 

如果你想生成一個復數返回結果，你必須顯示的使用cmath 模塊，或者在某個支
持復數的庫中聲明復數類型的使用。比如：

>>> import cmath
>>> cmath.sqrt(-1)
1j