Python开发从零开始-39.1-数学运算

Python 数学运算不仅是基础算术工具，更是‌科学计算、数据分析、工程仿真及人工智能‌的核心基石。本文小编与大家分享 Python 数学运算的相关知识。

一、Python 数学运算的主要工具

Python 数学运算的主要工具包括：基础算术运算符‌、‌内置函数‌、标准库和第三方库，满足了从简单四则运算到复杂科学计算的需求。

• 基础算术运算符‌：+、-、*、/、%、** 等运算符；

• 内置函数：abs()、round()、pow() 等函数；

• 标准库：math、cmath、decimal 等模块；

• 第三方库：numpy、scipy、pandas 等第三方库。

本文主要介绍最常用的标准库 math 和 decimal 模块。

二、math 模块

math 模块是 Python 的内置模块，它提供了许多数学运算的功能，包括基本的算术运算、三角函数、对数、指数等。math 模块是 Python 最常用的数学模块，适用于大多数日常的数学运算需求，使用前需要先导入。

import math

math 模块常用函数介绍如下：

 （一）基本数学运算

1、平方根

math.sqrt() 函数用于获取平方根（float 类型）。

print(math.sqrt(16))  # 输出：4.0

2、绝对值

math.fabs() 函数用于获取绝对值（float 类型）

print(math.fabs(-3))  # 输出：3.0

3、自然常数 e 的指数求幂

math.exp() 函数用于计算自然常数 e（约 2.71828）的 x 次幂，即返回 ( e^x )。它常用于指数增长、连续复利、衰减模型等数学和科学计算场景。

print(math.exp(1))  # 输出：e^1 的值，大约是 2.718281828459045

4、计算对数

math.log() 函数用于计算自然对数（以 e 为底）或指定底数的对数。

print(math.log(100))  # 输出：自然对数，大约是 4.605170185988092print(math.log(100, 10))  # 输出：以10为底的对数，大约是 2.0

math.log10() 函数用于计算一个数的以 10 为底的对数。

print(math.log10(100))  # 输出：以10为底的对数，大约是 2.0

（二）三角函数

1、角度转弧度

math.radians() 函数将角度（度数）转换为弧度。

print(math.radians(180))  # 将180度转为弧度。输出：大约是 3.141592653

2、正弦函数

math.sin() 函数用于计算指定角度弧度的正弦值。

print(math.sin(math.radians(30)))  # 输出：30°对应弧度的正弦值，大约是 0.49999999999999994

3、余弦函数

math.cos() 函数是用来计算指定角度弧度的余弦值。

print(math.cos(math.radians(60)))  # 输出：60°对应弧度的余弦值，大约是 0.5

4、正切函数

math.tan() 函数是用来计算指定角度弧度的正切值。

print(math.tan(math.radians(45)))  # 输出：45°对应弧度的正切值，大约是 0.9999999999999999

（三）其他常用函数

1、圆周率

math.pi 属性表示圆周率。

print(math.pi)  # 输出 π 的值，大约是 3.141592653589793

2、浮点数的向上取整和向下取整

math.ceil() 函数用于浮点数向上取整操作，它返回大于或等于给定浮点数的最小整数。Math.floor() 函数用于浮点数向下取整操作，它返回小于或等于给定浮点数的最大整数。

print(math.ceil(3.5))  # 输出：大于等于 3.5 的最小整数，4print(math.floor(3.5))  # 输出：小于等于 3.5 的最大整数，3

math 模块包括很多函数和属性，大家可以查阅官方文档了解。

（三）math 模块使用注意事项

1、不支持复数计算‌

math 模块只能处理实数，如果需要计算复数，要用 cmath 模块。

2‌、fmod() 函数和 % 运算符的区别‌

处理浮点数取余时，math.fmod() 函数结果符号与被除数一致，而 % 运算符结果符号与除数一致，浮点数运算推荐用 fmod()。

‌3、版本差异

部分函数是较新版本添加的，比如 fma() 函数在 Python 3.13 版本添加，perm() 函数和 comb() 函数在 3.8 版本添加，使用前需确认 Python 版本。‌‌‌

受文章篇幅所限，下文将继续介绍 Python 数学运算的相关知识。