Python在函數作圖上的應用

摘 要：Python語言具有強大的科學計算功能，因此，將該語言引入到數學實驗教學具有重要的意義。本文選取高等數學教材上的函數實例，通過Python語言分別實現了二維和三維函數圖形的繪圖實驗。結果表明，Python語言能夠用簡潔的命令語句繪制出各類精美的函數圖形。

關鍵詞：Python 數學實驗 函數 繪圖

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2018）01-0022-02

1 引言

Python是一種解釋型、面向對象的高級程序設計語言。近年來，Python語言在數學建模和各類算法大賽中的應用備受關注。與傳統的數學軟件MATLAB相比，MATLAB的大部分常用功能都可以在Python中找到相應的擴展庫（或模塊）來實現。此外，用Python做科學計算有自身的優勢[1]：一方面，MATLAB是一款商用軟件，并且價格昂貴。而Python及其絕大多數擴展庫則是完全免費的。另一方面，相對于MATLAB等數學軟件，Python具有強大的界面設計、網絡通信等功能，使開發者更容易實現完整的應用程序開發。鑒于Python語言強大的科學計算功能和廣闊的應用前景，將Python引入到數學實驗教學具有特殊的意義。下面僅從繪制函數圖形方面介紹Python在數學實驗教學方面的應用。

2 繪圖實驗

函數圖像的繪制是數學實驗的基本內容，掌握Python提供的基本繪圖命令，并能繪制相關函數圖形是應用Python進行其他數學實驗的重要基礎。本實驗分為二維函數圖形和三維函數圖形的繪制兩部分，實驗用到的函數均來自同濟大學編寫的《高等數學》[2]教材（第七版）。本實驗的實驗環境是Windows10+Python2.7，最主要的工具是Python中經典的matplolib繪圖模塊。

2.1 二維函數圖形的繪制

實驗步驟主要包括導入模塊，生成繪圖數據，繪圖和顯示圖形。先看一個簡單的函數繪圖例子。

3 結語

綜上可知，恰當利用Python的相關模塊matplotlib和mpl_toolkits等，能夠用簡潔的命令語句繪制出常見的函數圖形實際上，對極坐標，對數坐標，隱函數等各類情況的函數作圖也可以通過以上模塊實現。另外，Python還提供了其他強大的繪圖模塊，例如Mayavi，該模塊函數被廣泛地用于3d圖形繪制和數據可視化。目前，將Python用于數學實驗教學還不多見，是十分值得探索的。可以看出，此類數學實驗除了有助于學生理解和應用所學數學知識，對于學生領會Python語言本身的編程思想也有一定幫助。

參考文獻：

[1] 張若愚.Python科學計算[M].清華大學出版社，2016.

[2] 同濟大學數學系.高等數學（第七版，上冊）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[3] 同濟大學數學系.高等數學（第七版，下冊）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[4] 伍麗華.數學軟件教程（高等學校實驗課程教材）[M].廣州：中山大學出版社，2008.

作者簡介：徐明（1976-），男，博士，副教授，籍貫：湖北省荊州市。endprint