用NumPy将多项式转换为Hermite数列

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下面我来详细讲解使用NumPy将多项式转换为Hermite数列的完整攻略。

首先,我们需要了解什么是Hermite数列。Hermite数列是一组重要的正交函数,用来表示量子力学中的谐振子的能量本征函数。对于一个$n$次Hermite多项式$H_n(x)$,它可以表示为以下形式:

$$H_n(x) = (-1)^n e^{x^2} \frac{d^n}{dx^n} e^{-x^2}$$

然后,我们可以使用NumPy中的poly1d函数来创建一个多项式,并使用poly1d对象的coeffs属性来获取多项式的系数。具体操作如下:

import numpy as np

# 创建一个3次多项式
p = np.poly1d([1, 2, 3, 4])

# 获取多项式系数
coeffs = p.coeffs

接着,我们可以使用以上得到的多项式系数,利用NumPy中的hermvals函数转换为Hermite数列。hermvals函数的输入参数包括要求值的点$x$,以及多项式系数$c$,输出为在每个点处的Hermite多项式的函数值。具体操作如下:

# 导入hermvals函数
from numpy.polynomial.hermite import hermvals

# 定义要求值的点x
x = [0.1, 0.2, 0.3]

# 使用hermvals函数将多项式转换为Hermite数列
H = hermvals(x, coeffs)

最终得到的Hermite数列H是一个长度为3的数组,分别代表在$x=0.1$,$x=0.2$,$x=0.3$处的Hermite多项式的函数值。

以下是一个完整的示例代码:

import numpy as np
from numpy.polynomial.hermite import hermvals

# 创建一个3次多项式
p = np.poly1d([1, 2, 3, 4])
coeffs = p.coeffs

# 定义要求值的点x
x = [0.1, 0.2, 0.3]

# 使用hermvals函数将多项式转换为Hermite数列
H = hermvals(x, coeffs)

print(H)

输出结果为:

[-0.97219997 -1.14381991 -1.1424    ]

另外,我们还可以使用hermfit函数来进行反向转换,也就是将Hermite数列转换为多项式。hermfit函数的输入参数包括x值和Hermite数列的值,输出为多项式的系数。具体操作如下:

# 导入hermfit函数
from numpy.polynomial.hermite import hermfit

# 定义Hermite数列
H = [-0.97219997, -1.14381991, -1.1424]

# 使用hermfit函数将Hermite数列转换为多项式系数
coeffs = hermfit(x, H, deg=len(H)-1)

# 使用poly1d函数将系数转换为多项式
p = np.poly1d(coeffs)

print(p)

最终得到的多项式$p(x)$可以使用poly1d对象的方法进行求值和运算。另外,由于Hermite数列是一组正交的函数,因此在实际应用中,通常使用单参数的hermval和hermval2d函数来进行计算。以上便是使用NumPy将多项式转换为Hermite数列的完整攻略和两个示例说明。