Python在函数作图上的应用

摘 要：Python语言具有强大的科学计算功能，因此，将该语言引入到数学实验教学具有重要的意义。本文选取高等数学教材上的函数实例，通过Python语言分别实现了二维和三维函数图形的绘图实验。结果表明，Python语言能够用简洁的命令语句绘制出各类精美的函数图形。

关键词：Python 數学实验 函数 绘图

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2018）01-0022-02

1 引言

Python是一种解释型、面向对象的高级程序设计语言。近年来，Python语言在数学建模和各类算法大赛中的应用备受关注。与传统的数学软件MATLAB相比，MATLAB的大部分常用功能都可以在Python中找到相应的扩展库（或模块）来实现。此外，用Python做科学计算有自身的优势[1]：一方面，MATLAB是一款商用软件，并且价格昂贵。而Python及其绝大多数扩展库则是完全免费的。另一方面，相对于MATLAB等数学软件，Python具有强大的界面设计、网络通信等功能，使开发者更容易实现完整的应用程序开发。鉴于Python语言强大的科学计算功能和广阔的应用前景，将Python引入到数学实验教学具有特殊的意义。下面仅从绘制函数图形方面介绍Python在数学实验教学方面的应用。

2 绘图实验

函数图像的绘制是数学实验的基本内容，掌握Python提供的基本绘图命令，并能绘制相关函数图形是应用Python进行其他数学实验的重要基础。本实验分为二维函数图形和三维函数图形的绘制两部分，实验用到的函数均来自同济大学编写的《高等数学》[2]教材（第七版）。本实验的实验环境是Windows10+Python2.7，最主要的工具是Python中经典的matplolib绘图模块。

2.1 二维函数图形的绘制

实验步骤主要包括导入模块，生成绘图数据，绘图和显示图形。先看一个简单的函数绘图例子。

3 结语

综上可知，恰当利用Python的相关模块matplotlib和mpl_toolkits等，能够用简洁的命令语句绘制出常见的函数图形实际上，对极坐标，对数坐标，隐函数等各类情况的函数作图也可以通过以上模块实现。另外，Python还提供了其他强大的绘图模块，例如Mayavi，该模块函数被广泛地用于3d图形绘制和数据可视化。目前，将Python用于数学实验教学还不多见，是十分值得探索的。可以看出，此类数学实验除了有助于学生理解和应用所学数学知识，对于学生领会Python语言本身的编程思想也有一定帮助。

参考文献：

[1] 张若愚.Python科学计算[M].清华大学出版社，2016.

[2] 同济大学数学系.高等数学（第七版，上册）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[3] 同济大学数学系.高等数学（第七版，下册）[M].北京：高等教育出版社，2014.

[4] 伍丽华.数学软件教程（高等学校实验课程教材）[M].广州：中山大学出版社，2008.

作者简介：徐明（1976-），男，博士，副教授，籍贯：湖北省荆州市。endprint