Python 物理建模初學者指南 Python物理建模初学者指南

Jesse M.Kinder
擁有賓州大學的物理學和天文學博士學位，並在康奈爾大學完成了量子化學方向上的博士後工作，曾在凱斯西儲大學教授物理課程，目前在新墨西哥州的里約蘭町擔任顧問。

Philip Nelson
賓州大學的物理學教授。他也是Biological Physics和Physical Models of Living Systems兩本書的作者。

第1章Python入門1 
1.1算法與算法思想1 
1.1.1算法思想2 
1.1.2狀態3 
1.1.3 “a=a+1”是什麼意思4 
1.1.4符號和數字的對比5 
1.2啟動Python 6 
1.2.1 IPython控制台7 
1.2.2錯誤信息13 
1.2.3如何獲取幫助13 
1.2.4好的做法：記錄日誌15 
1.3 Python模塊15 
1.3.1 import 15 
1.3.2 from...import 16 
1.3. 3 NumPy和PyPlot模塊17 
1.4 Python表達式18 
1.4.1數字18 
1.4.2算術操作和預定義函數19 
1.4.3好的做法：變量命名21 
1.4.4更多的函數相關信息22 

第2章數據結構與程序控制24 
2.1對象和方法24 
2.2列表、元組和數組27 
2.2.1創建列表和元組28 
2.2.2 NumPy數組28 
2.2.3為數組填充值30 
2.2.4數組的連接32 
2.2. 5訪問數組元素33
2.2.6數組和賦值34 
2.2.7數組切片35 
2.2.8數組展平37 
2.2.9更改數組形狀38 
2.2.10以列表和數組為索引38 
2.3字符串39 
2.3.1使用format方法格式化字符串41 
2.3.2使用“%”格式化字符串43 
2.4循環43 
2.4.1 for循環44 
2.4.2 while循環46 
2.4.3循環長時間運行46 
2.4.4死循環47 
2.5數組操作47 
2.5.1矢量化數學48 
2.5.2數組化簡50 
2.6腳本51 
2.6.1 Editor窗格52 
2.6.2其他編輯器53 
2.6.3調試的第一步54 
2.6.4好的做法：做註釋57 
2.6.5好的做法：使用命名參數61 
2.6.6好的做法：注意單位問題62 
2.7或有行為：分支63 
2.7.1 if語句64 
2.7.2真值的處理65 
2.8嵌套65 

第3章數據輸入、結果輸出67 
3.1導入數據68 
3.1.1獲取數據68
3.1.2將數據導入Python 70 
3.2導出數據73 
3.2.1腳本73 
3.2.2數據文件74 
3.3數據可視化77 
3.3.1 plot及相關命令77 
3.3.2繪圖的調整與裝飾81 
3.3.3誤差條83 
3.3.4 3D圖形84 
3.3.5多重繪圖85 
3.3.6子繪圖87 
3.3.7保存圖形87 
3.3.8在其他應用中使用圖形88 

第4章首次上機實驗90 
4.1艾滋病病毒載量模型90 
4.1 .1探究模型91 
4.1.2匹配實驗數據92 
4.2細菌實驗93 
4.2.1探究模型93 
4.2.2匹配實驗數據94 

第5章Python進階96 
5.1自定義函數97 
5.1.1定義Python函數97 
5.1. 2更新函數100 
5.1.3參數、關鍵字和缺省值101 
5.1.4返回值102 
5.1.5函數式編程103 
5.2隨機數和模擬105 
5.2.1模擬拋硬幣105 
5.2.2生成軌跡線106 
5.3直方圖和條形圖107
5.4等勢線繪圖和曲面109 
5.4.1生成繪圖點網格109 
5.4.2等勢線繪圖110 
5.4.3曲面繪圖111 
5.5非線性方程的數學求解111 
5.5.1一般實函數112 
5.5.2多項式的複數根113 
5.6求解線性等式114 
5.7數值積分115 
5.7.1對預定義函數積分116 
5.7.2對自定義函數積分117 
5.7.3對震盪函數積分117 
5.7.4參數依賴性118 
5.8微分方程的數值解118 
5.8.1問題重構119 
5.8.2 ODE求解120 
5.8.3參數依賴122 
5.9向量場和流線圖123 
5.9.1向量場123 
5.9.2流型124 

第6章第二次上機實驗126 
6.1生成和繪製軌跡126 
6.2繪製位移分佈127 
6.3少見事件129 
6.3.1泊松分佈129 
6.3.2等待時間131 

第7章更多的技術133 
7.1圖像處理133 
7.1.1圖像和數字數組134 
7.1.2操作圖像135 
7.2動畫135
7.2.1創建動畫136 
7.2.2保存動畫137 
7.3分析計算141 
7.3.1 SymPy軟件包141 
7.3.2 Wolfram Alpha 142 

第8章第三次上機實驗145 
8.1卷積146 
8.1.1 Python的圖像處理工具146 
8.1.2圖像平均148 
8.1.3使用高斯濾波器做平滑149 
8.2圖像去噪149 
8.3特徵強調150 
繼續努力152 

附錄A安裝Python 154 
A.1安裝Python和Spyder 154 
A.1.1圖形界面安裝155 
A.1.2命令行安裝156 
A.2設置Spyder 159 
A.2.1工作目錄159 
A.2.2交互圖形159 
A.2.3腳本模塊159 
A.2.4重啟160 
A.3加速160 
A.4保持版本最新161 
A. 5安裝FFmpeg 161 

附錄B錯誤和錯誤消息164 
B.1 Python錯誤概述165 
B.2一些常見的錯誤166 

附錄C比較Python 2與Python 3 170 
C.1除法171
C.2用戶輸入171 
C.3打印命令172 
C.4更多幫助173 

附錄D深入學習174 
D.1賦值語句174 
D.2內存管理177 
D.3函數177 
D.4作用域178 
D.4.1命名衝突180 
D.4.2作為參數傳遞變量181 
D.5總結182 

附錄E練習的解答183 
致謝189 
參考文獻190