1. 如何用python求導數
打開python運行環境。
導入微分的模塊包：from sympy import *。
定義符號變數：x = symbols('x')
定義一個函數：f = x**9
diff = diff(f,x)求導
最後輸入diff，即可顯示其變數值了。
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2. python sympy 求表達式的值
Sympy是python中非常強大的符號運算庫，可以以書寫習慣表示數學表達式。下面介紹用Sympy求方程數值解的方法。
下面代碼全部在
from sympy import *
init_printing(use_unicode=True) # 按書寫習慣輸出
下運行。
數學表達式的輸入
首先聲明符號：
x = symbols('x')
即計算機中的變數x代表數學表達式中的x。在後文輸出中所有的x會顯示為x。如果x=symbols('x0')，則輸入的方程中所有x將在輸出中以x0表示。
如果需要希臘字母
l, r = symbol('lambda rho')
l, r將分別以λ,ρ表示。可以在一個表達式中同時聲明多個符號。
或者使用var()聲明：
var('x')
與上面等效。
聲明表達式：
f = (5/x)*(exp(x)-1)-exp(x)
此時若輸出f可以看到書寫習慣的表達式。由於表達式在markdown下顯示不正常，在此不放置示例。注意f的類型是class 'sympy.core.add.Add'
求f(x)=0數值解
因為有的函數零點不止一個，因此在Sympy中解的輸出為一個list。使用solve(表達式，自變數符號)可以解析地解方程：
s, = solve(f, x)
這里根據上面f的賦值，得到s為
LambertW(-5e**-5)+5
其中用了特殊函數表達。
我們需要求這個結果的數值近似，則輸出
s.evalf()
得到輸出
4.96511423174428
就是方程f(x)=0的數值解。
求給定自變數x值時函數f(x)的值 | 將表達式轉化為函數
f.evalf(subs = {x:4.96})
得到f(4.96)的數值
0.141885450782171
如果需要以計算機函數的形式定義函數f(x)，則可以使用lambdify()進行轉化：
f_func = lambdify(x, f)
之後可以調用
f_func(4.96)
輸出
0.141885450782
利用這個方法可以測試方程的數值演算法，如使用sympy介面寫牛頓法等。
3. 用python求解函數的極值，求實現代碼
python有個符號計算的庫叫sympy，可以直接用這個庫求導數然後解導數=0的方程，參考代碼如下：
from sympy import *
x = symbols('x')
y = (x-3)**2+2*sin(x)-3*x+1
eq = diff(y, x)
solve(eq, x)
4. python sympy怎樣把狄克拉函數定義出來
from sympy import DiracDelta
即導入了狄拉克函數，可以送入一個變數求解，如：
DiracDelta(2)
輸出0。
5. python安裝sympy模塊
摘要 第一步，點擊鍵盤 win+r，打開運行窗口.
6. Python用sympy解一元三次方程得到這樣的三組解，求教是什麼意思
I就是虛數i，sympy默認給的解都是復數解。
比如
solve(y**4-1,y)
一般人來計算只會給 1 和 －1
但是sympy 會從整個復數域求解，結果如下：
[-1, 1, -I, I]
7. python3的sympy
print（「字元串」），5/2和5//2的結果是不同的5/2為2.5,5//2為2.
python2需要導入from_future_import division執行普通的除法。
1/2和1//2的結果0.5和0.
%號為取模運算。
乘方運算為2**3，-2**3和-（2**3）是等價的。
from sympy import*導入庫
x,y,z=symbols('x y z'),定義變數
init_printing(use_unicode=True)設置列印方式。
python的內部常量有pi，
函數simplify，simplify(sin(x)**2 + cos(x)**2)化簡結果為1，
simplify((x**3 + x**2 - x - 1)/(x**2 + 2*x + 1))化簡結果為x-1。化簡伽馬函數。simplify(gamma(x)/gamma(x - 2))得（x-2）(x-1)。
expand((x + 1)**2)展開多項式。
expand((x + 1)*(x - 2) - (x - 1)*x)
因式分解。factor(x**2*z + 4*x*y*z + 4*y**2*z)得到z*(x + 2*y)**2
from_future_import division
x,y,z,t=symbols('x y z t')定義變數，
k, m, n = symbols('k m n', integer=True)定義三個整數變數。
f, g, h = symbols('f g h', cls=Function)定義的類型為函數。
factor_list(x**2*z + 4*x*y*z + 4*y**2*z)得到一個列表，表示因式的冪，(1, [(z, 1), (x + 2*y, 2)])
expand((cos(x) + sin(x))**2)展開多項式。
expr = x*y + x - 3 + 2*x**2 - z*x**2 + x**3，collected_expr = collect(expr, x)將x合並。將x元素按階次整合。
collected_expr.coeff(x, 2)直接取出變數collected_expr的x的二次冪的系數。
cancel()is more efficient thanfactor().
cancel((x**2 + 2*x + 1)/(x**2 + x))
，expr = (x*y**2 - 2*x*y*z + x*z**2 + y**2 - 2*y*z + z**2)/(x**2 - 1)，cancel(expr)
expr = (4*x**3 + 21*x**2 + 10*x + 12)/(x**4 + 5*x**3 + 5*x**2 + 4*x)，apart(expr)
asin(1)
trigsimp(sin(x)**2 + cos(x)**2)三角函數表達式化簡，
trigsimp(sin(x)**4 - 2*cos(x)**2*sin(x)**2 + cos(x)**4)
trigsimp(sin(x)*tan(x)/sec(x))
trigsimp(cosh(x)**2 + sinh(x)**2)雙曲函數。
三角函數展開，expand_trig(sin(x + y))，acos(x)，cos(acos(x))，expand_trig(tan(2*x))
x, y = symbols('x y', positive=True)正數，a, b = symbols('a b', real=True)實數，z, t, c = symbols('z t c')定義變數的方法。
sqrt(x) == x**Rational(1, 2)判斷是否相等。
powsimp(x**a*x**b)冪函數的乘法，不同冪的乘法，必須先定義a和b。powsimp(x**a*y**a)相同冪的乘法。
powsimp(t**c*z**c)，注意，powsimp()refuses to do the simplification if it is not valid.
powsimp(t**c*z**c, force=True)這樣的話就可以得到化簡過的式子。聲明強制進行化簡。
(z*t)**2，sqrt(x*y)
第一個展開expand_power_exp(x**(a + b))，expand_power_base((x*y)**a)展開，
expand_power_base((z*t)**c, force=True)強制展開。
powdenest((x**a)**b)，powdenest((z**a)**b)，powdenest((z**a)**b, force=True)
ln(x)，x, y ,z= symbols('x y z', positive=True)，n = symbols('n', real=True)，
expand_log(log(x*y))展開為log(x) + log(y)，但是python3沒有。這是因為需要將x定義為positive。這是必須的，否則不會被展開。expand_log(log(x/y)),expand_log(log(x**n))
As withpowsimp()andpowdenest(),expand_log()has aforceoption that can be used to ignore assumptions。
expand_log(log(z**2), force=True),強制展開。
logcombine(log(x) + log(y))，logcombine(n*log(x))，logcombine(n*log(z), force=True)。
factorial(n)階乘，binomial(n, k)等於c（n，k），gamma(z)伽馬函數。
hyper([1, 2], [3], z)，
tan(x).rewrite(sin)得到用正弦表示的正切。factorial(x).rewrite(gamma)用伽馬函數重寫階乘。
expand_func(gamma(x + 3))得到，x*(x + 1)*(x + 2)*gamma(x)，
hyperexpand(hyper([1, 1], [2], z))，
combsimp(factorial(n)/factorial(n - 3))化簡，combsimp(binomial(n+1, k+1)/binomial(n, k))化簡。combsimp(gamma(x)*gamma(1 - x))
自定義函數
def list_to_frac(l):
expr = Integer(0)
for i in reversed(l[1:]):
expr += i
expr = 1/expr
return l[0] + expr
list_to_frac([x, y, z])結果為x + 1/z，這個結果是錯誤的。
syms = symbols('a0:5')，定義syms，得到的結果為(a0, a1, a2, a3, a4)。
這樣也可以a0, a1, a2, a3, a4 = syms， 可能是我的操作錯誤 。發現python和自動縮進有關，所以一定看好自動縮進的距離。list_to_frac([1, 2, 3, 4])結果為43/30。
使用cancel可以將生成的分式化簡，frac = cancel(frac)化簡為一個分數線的分式。
(a0*a1*a2*a3*a4 + a0*a1*a2 + a0*a1*a4 + a0*a3*a4 + a0 + a2*a3*a4 + a2 + a4)/(a1*a2*a3*a4 + a1*a2 + a1*a4 + a3*a4 + 1)
a0, a1, a2, a3, a4 = syms定義a0到a4，frac = apart(frac, a0)可將a0提出來。frac=1/(frac-a0)將a0去掉取倒。frac = apart(frac, a1)提出a1。
help("moles"),模塊的含義，help("moles yourstr")模塊中包含的字元串的意思。，
help("topics")，import os.path + help("os.path")，help("list")，help("open")
# -*- coding: UTF-8 -*-聲明之後就可以在ide中使用中文注釋。
定義
l = list(symbols('a0:5'))定義列表得到[a0, a1, a2, a3, a4]
fromsympyimport*
x,y,z=symbols('x y z')
init_printing(use_unicode=True)
diff(cos(x),x)求導。diff(exp(x**2), x)，diff(x**4, x, x, x)和diff(x**4, x, 3)等價。
diff(expr, x, y, 2, z, 4)求出表達式的y的2階，z的4階，x的1階導數。和diff(expr, x, y, y, z, 4)等價。expr.diff(x, y, y, z, 4)一步到位。deriv = Derivative(expr, x, y, y, z, 4)求偏導。但是不顯示。之後用deriv.doit()即可顯示
integrate(cos(x), x)積分。定積分integrate(exp(-x), (x, 0, oo))無窮大用2個oo表示。integrate(exp(-x**2-y**2),(x,-oo,oo),(y,-oo,oo))二重積分。print(expr)print的使用。
expr = Integral(log(x)**2, x)，expr.doit()積分得到x*log(x)**2 - 2*x*log(x) + 2*x。
integ.doit()和integ = Integral((x**4 + x**2*exp(x) - x**2 - 2*x*exp(x) - 2*x -
exp(x))*exp(x)/((x - 1)**2*(x + 1)**2*(exp(x) + 1)), x)連用。
limit(sin(x)/x,x,0)，not-a-number表示nan算不出來，limit(expr, x, oo)，，expr = Limit((cos(x) - 1)/x, x, 0)，expr.doit()連用。左右極限limit(1/x, x, 0, '+')，limit(1/x, x, 0, '-')。。
Series Expansion級數展開。expr = exp(sin(x))，expr.series(x, 0, 4)得到1 + x + x**2/2 + O(x**4)，，x*O(1)得到O(x)，，expr.series(x, 0, 4).removeO()將無窮小移除。exp(x-6).series(x,x0=6)，，得到
-5 + (x - 6)**2/2 + (x - 6)**3/6 + (x - 6)**4/24 + (x - 6)**5/120 + x + O((x - 6)**6, (x, 6))最高到5階。
f=Function('f')定義函數變數和h=Symbol('h')和d2fdx2=f(x).diff(x,2)求2階，，as_finite_diff(dfdx)函數和as_finite_diff(d2fdx2,[-3*h,-h,2*h])，，x_list=[-3,1,2]和y_list=symbols('a b c')和apply_finite_diff(1,x_list,y_list,0)。
Eq(x, y)，，solveset(Eq(x**2, 1), x)解出來x，當二式相等。和solveset(Eq(x**2 - 1, 0), x)等價。solveset(x**2 - 1, x)
solveset(x**2 - x, x)解，solveset(x - x, x, domain=S.Reals)解出來定義域。solveset(exp(x), x) # No solution exists解出EmptySet()表示空集。
等式形式linsolve([x + y + z - 1, x + y + 2*z - 3 ], (x, y, z))和矩陣法linsolve(Matrix(([1, 1, 1, 1], [1, 1, 2, 3])), (x, y, z))得到{(-y - 1, y, 2)}
A*x = b 形式，M=Matrix(((1,1,1,1),(1,1,2,3)))，system=A,b=M[:,:-1],M[:,-1]，linsolve(system,x,y,z)，，solveset(x**3 - 6*x**2 + 9*x, x)解多項式。roots(x**3 - 6*x**2 + 9*x, x)，得出，{3: 2, 0: 1}，有2個3的重根，1個0根。solve([x*y - 1, x - 2], x, y)解出坐標。
f, g = symbols('f g', cls=Function)函數的定義，解微分方程diffeq = Eq(f(x).diff(x, x) - 2*f(x).diff(x) + f(x), sin(x))再和dsolve(diffeq,f(x))結合。得到Eq(f(x), (C1 + C2*x)*exp(x) + cos(x)/2)，dsolve(f(x).diff(x)*(1 - sin(f(x))), f(x))解出來Eq(f(x) + cos(f(x)), C1)，，
Matrix([[1,-1],[3,4],[0,2]])，，Matrix([1, 2, 3])列表示。M=Matrix([[1,2,3],[3,2,1]])
N=Matrix([0,1,1])
M*N符合矩陣的乘法。M.shape顯示矩陣的行列數。
M.row(0)獲取M的第0行。M.col(-1)獲取倒數第一列。
M.col_del(0)刪掉第1列。M.row_del(1)刪除第二行，序列是從0開始的。M = M.row_insert(1, Matrix([[0, 4]]))插入第二行，，M = M.col_insert(0, Matrix([1, -2]))插入第一列。
M+N矩陣相加，M*N，3*M，M**2，M**-1，N**-1表示求逆。M.T求轉置。
eye(3)單位。zeros(2, 3)，0矩陣，ones(3, 2)全1，diag(1, 2, 3)對角矩陣。diag(-1, ones(2, 2), Matrix([5, 7, 5]))生成Matrix([
[-1, 0, 0, 0],
[ 0, 1, 1, 0],
[ 0, 1, 1, 0],
[ 0, 0, 0, 5],
[ 0, 0, 0, 7],
[ 0, 0, 0, 5]])矩陣。
Matrix([[1, 0, 1], [2, -1, 3], [4, 3, 2]])
一行一行顯示，，M.det()求行列式。M.rref()矩陣化簡。得到結果為Matrix([
[1, 0, 1, 3],
[0, 1, 2/3, 1/3],
[0, 0, 0, 0]]), [0, 1])。
M = Matrix([[1, 2, 3, 0, 0], [4, 10, 0, 0, 1]])，M.nullspace()
Columnspace
M.columnspace()和M = Matrix([[1, 2, 3, 0, 0], [4, 10, 0, 0, 1]])
M = Matrix([[3, -2, 4, -2], [5, 3, -3, -2], [5, -2, 2, -2], [5, -2, -3, 3]])和M.eigenvals()得到{3: 1, -2: 1, 5: 2}，，This means thatMhas eigenvalues -2, 3, and 5, and that the eigenvalues -2 and 3 have algebraic multiplicity 1 and that the eigenvalue 5 has algebraic multiplicity 2.
P, D = M.diagonalize()，P得Matrix([
[0, 1, 1, 0],
[1, 1, 1, -1],
[1, 1, 1, 0],
[1, 1, 0, 1]])，，D為Matrix([
[-2, 0, 0, 0],
[ 0, 3, 0, 0],
[ 0, 0, 5, 0],
[ 0, 0, 0, 5]])
P*D*P**-1 == M返回為True。lamda = symbols('lamda')。
lamda = symbols('lamda')定義變數，p = M.charpoly(lamda)和factor(p)
expr = x**2 + x*y，srepr(expr)可以將表達式說明計演算法則，"Add(Pow(Symbol('x'), Integer(2)), Mul(Symbol('x'), Symbol('y')))"。。
x = symbols('x')和x = Symbol('x')是一樣的。srepr(x**2)得到"Pow(Symbol('x'), Integer(2))"。Pow(x, 2)和Mul(x, y)得到x**2。x*y
type(2)得到<class 'int'>，type(sympify(2))得到<class 'sympy.core.numbers.Integer'>..srepr(x*y)得到"Mul(Symbol('x'), Symbol('y'))"。。。
Add(Pow(x, 2), Mul(x, y))得到"Add(Mul(Integer(-1), Pow(Symbol('x'), Integer(2))), Mul(Rational(1, 2), sin(Mul(Symbol('x'), Symbol('y')))), Pow(Symbol('y'), Integer(-1)))"。。Pow函數為冪次。
expr = Add(x, x)，expr.func。。Integer(2).func，<class 'sympy.core.numbers.Integer'>,,Integer(0).func和Integer(-1).func，，，expr = 3*y**2*x和expr.func得到<class 'sympy.core.mul.Mul'>,,expr.args將表達式分解為得到(3, x, y**2)，，expr.func(*expr.args)合並。expr == expr.func(*expr.args)返回True。expr.args[2]得到y**2，expr.args[1]得到x，expr.args[0]得到3.。
expr.args[2].args得到(y, 2)。。y.args得到空括弧。Integer(2).args得到空括弧。
from sympy import *
E**(I*pi)+1，可以看出，I和E，pi已將在sympy內已定義。
x=Symbol('x')，，expand( E**(I*x) )不能展開，expand(exp(I*x),complex=True)可以展開，得到I*exp(-im(x))*sin(re(x)) + exp(-im(x))*cos(re(x))，，x=Symbol("x",real=True)將x定義為實數。再展開expand(exp(I*x),complex=True)得到。I*sin(x) + cos(x)。。
tmp = series(exp(I*x), x, 0, 10)和pprint(tmp)列印出來可讀性好，print(tmp)可讀性不好。。pprint將公式用更好看的格式列印出來，，pprint( series( cos(x), x, 0, 10) )
integrate(x*sin(x), x)，，定積分integrate(x*sin(x), (x, 0, 2*pi))。。
用雙重積分求解球的體積。
x, y, r = symbols('x,y,r')和2 * integrate(sqrt(r*r-x**2), (x, -r, r))計算球的體積。計算不來，是因為sympy不知道r是大於0的。r = symbols('r', positive=True)這樣定義r即可。circle_area=2*integrate(sqrt(r**2-x**2),(x,-r,r))得到。circle_area=circle_area.subs(r,sqrt(r**2-x**2))將r替換。
integrate(circle_area,(x,-r,r))再積分即可。
expression.sub([(x,y),(y,x)])又換到原來的狀況了。
expression.subs(x, y)，，將算式中的x替換成y。。
expression.subs({x:y,u:v}) : 使用字典進行多次替換。。
expression.subs([(x,y),(u,v)]) : 使用列表進行多次替換。。
8. 使用python的sympy解符號方程組後，如何將結果帶入之後的符號表達式
Sympy是python中非常強大的符號運算庫，可以以書寫習慣表示數學表達式。下面介紹用Sympy求方程數值解的方法。
下面代碼全部在
from sympy import *
init_printing(use_unicode=True) # 按書寫習慣輸出
下運行。
數學表達式的輸入
首先聲明符號：
x = symbols('x')
即計算機中的變數x代表數學表達式中的x。在後文輸出中所有的x會顯示為x。如果x=symbols('x0')，則輸入的方程中所有x將在輸出中以x0表示。
如果需要希臘字母
l, r = symbol('lambda rho')
l, r將分別以λ,ρ表示。可以在一個表達式中同時聲明多個符號。
或者使用var()聲明：
var('x')
與上面等效。
聲明表達式：
f = (5/x)*(exp(x)-1)-exp(x)
此時若輸出f可以看到書寫習慣的表達式。由於表達式在markdown下顯示不正常，在此不放置示例。注意f的類型是class 'sympy.core.add.Add'
求f(x)=0數值解
因為有的函數零點不止一個，因此在Sympy中解的輸出為一個list。使用solve(表達式，自變數符號)可以解析地解方程：
s, = solve(f, x)
這里根據上面f的賦值，得到s為
LambertW(-5e**-5)+5
其中用了特殊函數表達。
我們需要求這個結果的數值近似，則輸出
s.evalf()
得到輸出
4.96511423174428
就是方程f(x)=0的數值解。
求給定自變數x值時函數f(x)的值 | 將表達式轉化為函數
f.evalf(subs = {x:4.96})
得到f(4.96)的數值
0.141885450782171
如果需要以計算機函數的形式定義函數f(x)，則可以使用lambdify()進行轉化：
f_func = lambdify(x, f)
之後可以調用
f_func(4.96)
輸出
0.141885450782
利用這個方法可以測試方程的數值演算法，如使用sympy介面寫牛頓法等。
9. python3怎麼安裝sympy和matplotlib模塊
安裝Python包，pip最為方便了，簡單快捷，因為它直接是從pypi上面下載文件，保證文件的安全性和可靠性，並且資源豐富；下面是安裝步驟：
下載 setuptools，注意對應 Python 的版本，完成後運行 exe 即可完成安裝
setuptools-1.4.1.win32-py3.exe
下載 pip
pip-1.4.1.tar.gz
安裝 pip
3.1 解壓pip-1.4.1.tar.gz
3.2 運行CMD，進入命令行
3.3 用CD命令進入 pip 解壓目錄
3.4 輸入 "python setup.py install"
3.5 添加環境變數 path = C:\Python3\ArcGIS10.0\Scripts
驗證是否安裝成功，運行CMD，進入命令行，輸入pip；
如果出現pip的用法介紹，說明安裝成功。
進入命令行，輸入 "pip install package"，package為安裝包名稱；
安裝sympy：
安裝matplotlib：