将浮点数传递给嵌套的 for 循环并存储输出

Question

我在 Matlab 方面有很强的背景，我正在尝试切换到 python。我正在尝试使用 numpy 数组编写嵌套 for 循环并存储输出值。

我的代码如下：

import numpy as np
import math

# T parameter
kk = np.arange(0, 20, 0.1)
print(len(kk))

# V parameter
pp = np.arange(1, 5, 1)
print(len(pp))

a = len(kk)
b = len(pp)

P = np.zeros((a,b))


for T in kk:
    print(T)
    for V in pp:
        print(V)
        P = math.exp(-T*V/10)

print(P)

解释/问题

1. kk, pp 是向量。在 for 循环中，正在调用正确的 T 和 V 参数值。但是，P 的值并未被存储。

2. 我尝试了以下更改P[T][V] = math.exp(-T*V/10)，我收到以下错误：IndexError: only integers, slices (:), ellipsis (...), numpy.newaxis (None ) 和整数或布尔数组是有效的索引

任何帮助将不胜感激。提前谢谢你。

Answer 1

根据您提到尝试P[T][V] = math.exp(-T*V/10) 的行，您可能也对此选项感兴趣：

import numpy as np
import math

# T parameter
kk = np.arange(0, 20, 0.1)
print(len(kk))

# V parameter
pp = np.arange(1, 5, 1)
print(len(pp))

a = len(kk)
b = len(pp)

P = np.zeros((a,b))

for i in range(0,len(kk)):
    for j in range(0,len(pp)):
        T = kk[i]
        V = pp[j]
        P[i][j] = math.exp(-T*V/10)

        # you can also simply do this:
        #P[i][j] = math.exp(-kk[i]*pp[j]/10)

虽然简单，但不是特别干净。既然你提到你正在切换到 python，我会看看 hpaulj 的答案以获得更全面的解释，以及遍历数组的一个很好的替代方案。

Answer 2

在此代码中，您将P 定义为二维数组。但是您将math.exp 表达式的标量结果分配给该变量的循环。这将替换原来的P 值，并且还替换了在前一个循环中计算的值。这种循环在 MATLAB 中不起作用是吗？您不必将标量值分配给P 中的某个“插槽”吗？

P = np.zeros((a,b))
for T in kk:
    print(T)
    for V in pp:
        print(V)
        P = math.exp(-T*V/10)

更好的方法：

In [301]: kk = np.arange(0,20,0.1)                                                            
In [302]: kk.shape                                                                            
Out[302]: (200,)
In [303]: pp = np.arange(1, 5,1)                                                              
In [304]: pp.shape                                                                            
Out[304]: (4,)

在numpy 中，我们更喜欢使用快速的全数组方法。这里我使用broadcasting 来执行outer 类似kk 和pp 的计算。

In [305]: P = np.exp(-kk[:,None]*pp/10)                                                       
In [306]: P.shape                                                                             
Out[306]: (200, 4)

（我相信 MATLAB 是近几年添加了broadcasting；numpy 从一开始就有了。）

将此与迭代版本进行比较：

In [309]: P1 = np.zeros((200,4)) 
     ...: for i in range(0,len(kk)): 
     ...:     for j in range(0,len(pp)): 
     ...:         T = kk[i] 
     ...:         V = pp[j] 
     ...:         P1[i,j] = math.exp(-T*V/10) 
     ...:                                                                                     
In [310]: P1.shape                                                                            
Out[310]: (200, 4)
In [311]: np.allclose(P,P1)                                                                   
Out[311]: True

在 Python 中编写索引迭代的更简洁的方法是使用 enumerate：

In [312]: P1 = np.zeros((200,4)) 
     ...: for i,T in enumerate(kk): 
     ...:     for j,V in enumerate(pp): 
     ...:         P1[i,j] = math.exp(-T*V/10) 

Answer 3

如果您想根据您的评论查看keys 和values，您可以制作字典。这实际上可能更有意义。我建议不要使用过多的动态创建的变量，就像使用字典一样，您可以调用整个字典或特定值，以后无论如何都可以将其存储为变量。显然，这取决于您的项目范围和有意义的解决方案，但您也可以将字典转换为 pandas dataframe 和 pd.DataFrame() 进行分析，因此它为您提供了灵活性。你说你是 python 的新手，所以如果你没有听说过 pandas，你可能想看看它，但你可能有它，因为它是一个或最受欢迎的库。

import numpy as np
import math

P_dict = {}

# T parameter
kk = np.arange(0, 20, 0.1)
# print(len(kk))

# V parameter
pp = np.arange(1, 5, 1)
# print(len(pp))

a = len(kk)
b = len(pp)

P = np.zeros((a,b))


for T in kk:
#     print(T)
    for V in pp:
#         print(V)
        P = math.exp(-T*V/10)
        key = f'{T},{V}'
        value = P
        P_dict[key] = value

print(P_dict)

这就是你如何根据键调用字典中的值。

P_dict['19.900000000000002,3']

您还可以将这行代码编辑为您想要的任何格式：key = f'{T},{V}' 并按照我在示例中所做的那样根据格式调用密钥。

输出： 0.002554241418992996

无论是列表还是字典，都可以打印出一些有趣的 Python 抽象艺术！