| Viewing file:  polynomial.py (37.84 KB)      -rw-r--r-- Select action/file-type:
 
  (+) |  (+) |  (+) | Code (+) | Session (+) |  (+) | SDB (+) |  (+) |  (+) |  (+) |  (+) |  (+) | 
 
"""Functions to operate on polynomials.
 
 """
 from __future__ import division, absolute_import, print_function
 
 __all__ = ['poly', 'roots', 'polyint', 'polyder', 'polyadd',
 'polysub', 'polymul', 'polydiv', 'polyval', 'poly1d',
 'polyfit', 'RankWarning']
 
 import re
 import warnings
 import numpy.core.numeric as NX
 
 from numpy.core import (isscalar, abs, finfo, atleast_1d, hstack, dot, array,
 ones)
 from numpy.lib.twodim_base import diag, vander
 from numpy.lib.function_base import trim_zeros
 from numpy.lib.type_check import iscomplex, real, imag, mintypecode
 from numpy.linalg import eigvals, lstsq, inv
 
 class RankWarning(UserWarning):
 """
 Issued by `polyfit` when the Vandermonde matrix is rank deficient.
 
 For more information, a way to suppress the warning, and an example of
 `RankWarning` being issued, see `polyfit`.
 
 """
 pass
 
 def poly(seq_of_zeros):
 """
 Find the coefficients of a polynomial with the given sequence of roots.
 
 Returns the coefficients of the polynomial whose leading coefficient
 is one for the given sequence of zeros (multiple roots must be included
 in the sequence as many times as their multiplicity; see Examples).
 A square matrix (or array, which will be treated as a matrix) can also
 be given, in which case the coefficients of the characteristic polynomial
 of the matrix are returned.
 
 Parameters
 ----------
 seq_of_zeros : array_like, shape (N,) or (N, N)
 A sequence of polynomial roots, or a square array or matrix object.
 
 Returns
 -------
 c : ndarray
 1D array of polynomial coefficients from highest to lowest degree:
 
 ``c[0] * x**(N) + c[1] * x**(N-1) + ... + c[N-1] * x + c[N]``
 where c[0] always equals 1.
 
 Raises
 ------
 ValueError
 If input is the wrong shape (the input must be a 1-D or square
 2-D array).
 
 See Also
 --------
 polyval : Compute polynomial values.
 roots : Return the roots of a polynomial.
 polyfit : Least squares polynomial fit.
 poly1d : A one-dimensional polynomial class.
 
 Notes
 -----
 Specifying the roots of a polynomial still leaves one degree of
 freedom, typically represented by an undetermined leading
 coefficient. [1]_ In the case of this function, that coefficient -
 the first one in the returned array - is always taken as one. (If
 for some reason you have one other point, the only automatic way
 presently to leverage that information is to use ``polyfit``.)
 
 The characteristic polynomial, :math:`p_a(t)`, of an `n`-by-`n`
 matrix **A** is given by
 
 :math:`p_a(t) = \\mathrm{det}(t\\, \\mathbf{I} - \\mathbf{A})`,
 
 where **I** is the `n`-by-`n` identity matrix. [2]_
 
 References
 ----------
 .. [1] M. Sullivan and M. Sullivan, III, "Algebra and Trignometry,
 Enhanced With Graphing Utilities," Prentice-Hall, pg. 318, 1996.
 
 .. [2] G. Strang, "Linear Algebra and Its Applications, 2nd Edition,"
 Academic Press, pg. 182, 1980.
 
 Examples
 --------
 Given a sequence of a polynomial's zeros:
 
 >>> np.poly((0, 0, 0)) # Multiple root example
 array([1, 0, 0, 0])
 
 The line above represents z**3 + 0*z**2 + 0*z + 0.
 
 >>> np.poly((-1./2, 0, 1./2))
 array([ 1.  ,  0.  , -0.25,  0.  ])
 
 The line above represents z**3 - z/4
 
 >>> np.poly((np.random.random(1.)[0], 0, np.random.random(1.)[0]))
 array([ 1.        , -0.77086955,  0.08618131,  0.        ]) #random
 
 Given a square array object:
 
 >>> P = np.array([[0, 1./3], [-1./2, 0]])
 >>> np.poly(P)
 array([ 1.        ,  0.        ,  0.16666667])
 
 Or a square matrix object:
 
 >>> np.poly(np.matrix(P))
 array([ 1.        ,  0.        ,  0.16666667])
 
 Note how in all cases the leading coefficient is always 1.
 
 """
 seq_of_zeros = atleast_1d(seq_of_zeros)
 sh = seq_of_zeros.shape
 
 if len(sh) == 2 and sh[0] == sh[1] and sh[0] != 0:
 seq_of_zeros = eigvals(seq_of_zeros)
 elif len(sh) == 1:
 dt = seq_of_zeros.dtype
 # Let object arrays slip through, e.g. for arbitrary precision
 if dt != object:
 seq_of_zeros = seq_of_zeros.astype(mintypecode(dt.char))
 else:
 raise ValueError("input must be 1d or non-empty square 2d array.")
 
 if len(seq_of_zeros) == 0:
 return 1.0
 dt = seq_of_zeros.dtype
 a = ones((1,), dtype=dt)
 for k in range(len(seq_of_zeros)):
 a = NX.convolve(a, array([1, -seq_of_zeros[k]], dtype=dt),
 mode='full')
 
 if issubclass(a.dtype.type, NX.complexfloating):
 # if complex roots are all complex conjugates, the roots are real.
 roots = NX.asarray(seq_of_zeros, complex)
 if NX.all(NX.sort(roots) == NX.sort(roots.conjugate())):
 a = a.real.copy()
 
 return a
 
 def roots(p):
 """
 Return the roots of a polynomial with coefficients given in p.
 
 The values in the rank-1 array `p` are coefficients of a polynomial.
 If the length of `p` is n+1 then the polynomial is described by::
 
 p[0] * x**n + p[1] * x**(n-1) + ... + p[n-1]*x + p[n]
 
 Parameters
 ----------
 p : array_like
 Rank-1 array of polynomial coefficients.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray
 An array containing the roots of the polynomial.
 
 Raises
 ------
 ValueError
 When `p` cannot be converted to a rank-1 array.
 
 See also
 --------
 poly : Find the coefficients of a polynomial with a given sequence
 of roots.
 polyval : Compute polynomial values.
 polyfit : Least squares polynomial fit.
 poly1d : A one-dimensional polynomial class.
 
 Notes
 -----
 The algorithm relies on computing the eigenvalues of the
 companion matrix [1]_.
 
 References
 ----------
 .. [1] R. A. Horn & C. R. Johnson, *Matrix Analysis*.  Cambridge, UK:
 Cambridge University Press, 1999, pp. 146-7.
 
 Examples
 --------
 >>> coeff = [3.2, 2, 1]
 >>> np.roots(coeff)
 array([-0.3125+0.46351241j, -0.3125-0.46351241j])
 
 """
 # If input is scalar, this makes it an array
 p = atleast_1d(p)
 if p.ndim != 1:
 raise ValueError("Input must be a rank-1 array.")
 
 # find non-zero array entries
 non_zero = NX.nonzero(NX.ravel(p))[0]
 
 # Return an empty array if polynomial is all zeros
 if len(non_zero) == 0:
 return NX.array([])
 
 # find the number of trailing zeros -- this is the number of roots at 0.
 trailing_zeros = len(p) - non_zero[-1] - 1
 
 # strip leading and trailing zeros
 p = p[int(non_zero[0]):int(non_zero[-1])+1]
 
 # casting: if incoming array isn't floating point, make it floating point.
 if not issubclass(p.dtype.type, (NX.floating, NX.complexfloating)):
 p = p.astype(float)
 
 N = len(p)
 if N > 1:
 # build companion matrix and find its eigenvalues (the roots)
 A = diag(NX.ones((N-2,), p.dtype), -1)
 A[0,:] = -p[1:] / p[0]
 roots = eigvals(A)
 else:
 roots = NX.array([])
 
 # tack any zeros onto the back of the array
 roots = hstack((roots, NX.zeros(trailing_zeros, roots.dtype)))
 return roots
 
 def polyint(p, m=1, k=None):
 """
 Return an antiderivative (indefinite integral) of a polynomial.
 
 The returned order `m` antiderivative `P` of polynomial `p` satisfies
 :math:`\\frac{d^m}{dx^m}P(x) = p(x)` and is defined up to `m - 1`
 integration constants `k`. The constants determine the low-order
 polynomial part
 
 .. math:: \\frac{k_{m-1}}{0!} x^0 + \\ldots + \\frac{k_0}{(m-1)!}x^{m-1}
 
 of `P` so that :math:`P^{(j)}(0) = k_{m-j-1}`.
 
 Parameters
 ----------
 p : array_like or poly1d
 Polynomial to differentiate.
 A sequence is interpreted as polynomial coefficients, see `poly1d`.
 m : int, optional
 Order of the antiderivative. (Default: 1)
 k : list of `m` scalars or scalar, optional
 Integration constants. They are given in the order of integration:
 those corresponding to highest-order terms come first.
 
 If ``None`` (default), all constants are assumed to be zero.
 If `m = 1`, a single scalar can be given instead of a list.
 
 See Also
 --------
 polyder : derivative of a polynomial
 poly1d.integ : equivalent method
 
 Examples
 --------
 The defining property of the antiderivative:
 
 >>> p = np.poly1d([1,1,1])
 >>> P = np.polyint(p)
 >>> P
 poly1d([ 0.33333333,  0.5       ,  1.        ,  0.        ])
 >>> np.polyder(P) == p
 True
 
 The integration constants default to zero, but can be specified:
 
 >>> P = np.polyint(p, 3)
 >>> P(0)
 0.0
 >>> np.polyder(P)(0)
 0.0
 >>> np.polyder(P, 2)(0)
 0.0
 >>> P = np.polyint(p, 3, k=[6,5,3])
 >>> P
 poly1d([ 0.01666667,  0.04166667,  0.16666667,  3. ,  5. ,  3. ])
 
 Note that 3 = 6 / 2!, and that the constants are given in the order of
 integrations. Constant of the highest-order polynomial term comes first:
 
 >>> np.polyder(P, 2)(0)
 6.0
 >>> np.polyder(P, 1)(0)
 5.0
 >>> P(0)
 3.0
 
 """
 m = int(m)
 if m < 0:
 raise ValueError("Order of integral must be positive (see polyder)")
 if k is None:
 k = NX.zeros(m, float)
 k = atleast_1d(k)
 if len(k) == 1 and m > 1:
 k = k[0]*NX.ones(m, float)
 if len(k) < m:
 raise ValueError(
 "k must be a scalar or a rank-1 array of length 1 or >m.")
 
 truepoly = isinstance(p, poly1d)
 p = NX.asarray(p)
 if m == 0:
 if truepoly:
 return poly1d(p)
 return p
 else:
 # Note: this must work also with object and integer arrays
 y = NX.concatenate((p.__truediv__(NX.arange(len(p), 0, -1)), [k[0]]))
 val = polyint(y, m - 1, k=k[1:])
 if truepoly:
 return poly1d(val)
 return val
 
 def polyder(p, m=1):
 """
 Return the derivative of the specified order of a polynomial.
 
 Parameters
 ----------
 p : poly1d or sequence
 Polynomial to differentiate.
 A sequence is interpreted as polynomial coefficients, see `poly1d`.
 m : int, optional
 Order of differentiation (default: 1)
 
 Returns
 -------
 der : poly1d
 A new polynomial representing the derivative.
 
 See Also
 --------
 polyint : Anti-derivative of a polynomial.
 poly1d : Class for one-dimensional polynomials.
 
 Examples
 --------
 The derivative of the polynomial :math:`x^3 + x^2 + x^1 + 1` is:
 
 >>> p = np.poly1d([1,1,1,1])
 >>> p2 = np.polyder(p)
 >>> p2
 poly1d([3, 2, 1])
 
 which evaluates to:
 
 >>> p2(2.)
 17.0
 
 We can verify this, approximating the derivative with
 ``(f(x + h) - f(x))/h``:
 
 >>> (p(2. + 0.001) - p(2.)) / 0.001
 17.007000999997857
 
 The fourth-order derivative of a 3rd-order polynomial is zero:
 
 >>> np.polyder(p, 2)
 poly1d([6, 2])
 >>> np.polyder(p, 3)
 poly1d([6])
 >>> np.polyder(p, 4)
 poly1d([ 0.])
 
 """
 m = int(m)
 if m < 0:
 raise ValueError("Order of derivative must be positive (see polyint)")
 
 truepoly = isinstance(p, poly1d)
 p = NX.asarray(p)
 n = len(p) - 1
 y = p[:-1] * NX.arange(n, 0, -1)
 if m == 0:
 val = p
 else:
 val = polyder(y, m - 1)
 if truepoly:
 val = poly1d(val)
 return val
 
 def polyfit(x, y, deg, rcond=None, full=False, w=None, cov=False):
 """
 Least squares polynomial fit.
 
 Fit a polynomial ``p(x) = p[0] * x**deg + ... + p[deg]`` of degree `deg`
 to points `(x, y)`. Returns a vector of coefficients `p` that minimises
 the squared error.
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like, shape (M,)
 x-coordinates of the M sample points ``(x[i], y[i])``.
 y : array_like, shape (M,) or (M, K)
 y-coordinates of the sample points. Several data sets of sample
 points sharing the same x-coordinates can be fitted at once by
 passing in a 2D-array that contains one dataset per column.
 deg : int
 Degree of the fitting polynomial
 rcond : float, optional
 Relative condition number of the fit. Singular values smaller than
 this relative to the largest singular value will be ignored. The
 default value is len(x)*eps, where eps is the relative precision of
 the float type, about 2e-16 in most cases.
 full : bool, optional
 Switch determining nature of return value. When it is False (the
 default) just the coefficients are returned, when True diagnostic
 information from the singular value decomposition is also returned.
 w : array_like, shape (M,), optional
 Weights to apply to the y-coordinates of the sample points. For
 gaussian uncertainties, use 1/sigma (not 1/sigma**2).
 cov : bool, optional
 Return the estimate and the covariance matrix of the estimate
 If full is True, then cov is not returned.
 
 Returns
 -------
 p : ndarray, shape (deg + 1,) or (deg + 1, K)
 Polynomial coefficients, highest power first.  If `y` was 2-D, the
 coefficients for `k`-th data set are in ``p[:,k]``.
 
 residuals, rank, singular_values, rcond
 Present only if `full` = True.  Residuals of the least-squares fit,
 the effective rank of the scaled Vandermonde coefficient matrix,
 its singular values, and the specified value of `rcond`. For more
 details, see `linalg.lstsq`.
 
 V : ndarray, shape (M,M) or (M,M,K)
 Present only if `full` = False and `cov`=True.  The covariance
 matrix of the polynomial coefficient estimates.  The diagonal of
 this matrix are the variance estimates for each coefficient.  If y
 is a 2-D array, then the covariance matrix for the `k`-th data set
 are in ``V[:,:,k]``
 
 
 Warns
 -----
 RankWarning
 The rank of the coefficient matrix in the least-squares fit is
 deficient. The warning is only raised if `full` = False.
 
 The warnings can be turned off by
 
 >>> import warnings
 >>> warnings.simplefilter('ignore', np.RankWarning)
 
 See Also
 --------
 polyval : Compute polynomial values.
 linalg.lstsq : Computes a least-squares fit.
 scipy.interpolate.UnivariateSpline : Computes spline fits.
 
 Notes
 -----
 The solution minimizes the squared error
 
 .. math ::
 E = \\sum_{j=0}^k |p(x_j) - y_j|^2
 
 in the equations::
 
 x[0]**n * p[0] + ... + x[0] * p[n-1] + p[n] = y[0]
 x[1]**n * p[0] + ... + x[1] * p[n-1] + p[n] = y[1]
 ...
 x[k]**n * p[0] + ... + x[k] * p[n-1] + p[n] = y[k]
 
 The coefficient matrix of the coefficients `p` is a Vandermonde matrix.
 
 `polyfit` issues a `RankWarning` when the least-squares fit is badly
 conditioned. This implies that the best fit is not well-defined due
 to numerical error. The results may be improved by lowering the polynomial
 degree or by replacing `x` by `x` - `x`.mean(). The `rcond` parameter
 can also be set to a value smaller than its default, but the resulting
 fit may be spurious: including contributions from the small singular
 values can add numerical noise to the result.
 
 Note that fitting polynomial coefficients is inherently badly conditioned
 when the degree of the polynomial is large or the interval of sample points
 is badly centered. The quality of the fit should always be checked in these
 cases. When polynomial fits are not satisfactory, splines may be a good
 alternative.
 
 References
 ----------
 .. [1] Wikipedia, "Curve fitting",
 http://en.wikipedia.org/wiki/Curve_fitting
 .. [2] Wikipedia, "Polynomial interpolation",
 http://en.wikipedia.org/wiki/Polynomial_interpolation
 
 Examples
 --------
 >>> x = np.array([0.0, 1.0, 2.0, 3.0,  4.0,  5.0])
 >>> y = np.array([0.0, 0.8, 0.9, 0.1, -0.8, -1.0])
 >>> z = np.polyfit(x, y, 3)
 >>> z
 array([ 0.08703704, -0.81349206,  1.69312169, -0.03968254])
 
 It is convenient to use `poly1d` objects for dealing with polynomials:
 
 >>> p = np.poly1d(z)
 >>> p(0.5)
 0.6143849206349179
 >>> p(3.5)
 -0.34732142857143039
 >>> p(10)
 22.579365079365115
 
 High-order polynomials may oscillate wildly:
 
 >>> p30 = np.poly1d(np.polyfit(x, y, 30))
 /... RankWarning: Polyfit may be poorly conditioned...
 >>> p30(4)
 -0.80000000000000204
 >>> p30(5)
 -0.99999999999999445
 >>> p30(4.5)
 -0.10547061179440398
 
 Illustration:
 
 >>> import matplotlib.pyplot as plt
 >>> xp = np.linspace(-2, 6, 100)
 >>> _ = plt.plot(x, y, '.', xp, p(xp), '-', xp, p30(xp), '--')
 >>> plt.ylim(-2,2)
 (-2, 2)
 >>> plt.show()
 
 """
 order = int(deg) + 1
 x = NX.asarray(x) + 0.0
 y = NX.asarray(y) + 0.0
 
 # check arguments.
 if deg < 0:
 raise ValueError("expected deg >= 0")
 if x.ndim != 1:
 raise TypeError("expected 1D vector for x")
 if x.size == 0:
 raise TypeError("expected non-empty vector for x")
 if y.ndim < 1 or y.ndim > 2:
 raise TypeError("expected 1D or 2D array for y")
 if x.shape[0] != y.shape[0]:
 raise TypeError("expected x and y to have same length")
 
 # set rcond
 if rcond is None:
 rcond = len(x)*finfo(x.dtype).eps
 
 # set up least squares equation for powers of x
 lhs = vander(x, order)
 rhs = y
 
 # apply weighting
 if w is not None:
 w = NX.asarray(w) + 0.0
 if w.ndim != 1:
 raise TypeError("expected a 1-d array for weights")
 if w.shape[0] != y.shape[0]:
 raise TypeError("expected w and y to have the same length")
 lhs *= w[:, NX.newaxis]
 if rhs.ndim == 2:
 rhs *= w[:, NX.newaxis]
 else:
 rhs *= w
 
 # scale lhs to improve condition number and solve
 scale = NX.sqrt((lhs*lhs).sum(axis=0))
 lhs /= scale
 c, resids, rank, s = lstsq(lhs, rhs, rcond)
 c = (c.T/scale).T  # broadcast scale coefficients
 
 # warn on rank reduction, which indicates an ill conditioned matrix
 if rank != order and not full:
 msg = "Polyfit may be poorly conditioned"
 warnings.warn(msg, RankWarning, stacklevel=2)
 
 if full:
 return c, resids, rank, s, rcond
 elif cov:
 Vbase = inv(dot(lhs.T, lhs))
 Vbase /= NX.outer(scale, scale)
 # Some literature ignores the extra -2.0 factor in the denominator, but
 #  it is included here because the covariance of Multivariate Student-T
 #  (which is implied by a Bayesian uncertainty analysis) includes it.
 #  Plus, it gives a slightly more conservative estimate of uncertainty.
 if len(x) <= order + 2:
 raise ValueError("the number of data points must exceed order + 2 "
 "for Bayesian estimate the covariance matrix")
 fac = resids / (len(x) - order - 2.0)
 if y.ndim == 1:
 return c, Vbase * fac
 else:
 return c, Vbase[:,:, NX.newaxis] * fac
 else:
 return c
 
 
 def polyval(p, x):
 """
 Evaluate a polynomial at specific values.
 
 If `p` is of length N, this function returns the value:
 
 ``p[0]*x**(N-1) + p[1]*x**(N-2) + ... + p[N-2]*x + p[N-1]``
 
 If `x` is a sequence, then `p(x)` is returned for each element of `x`.
 If `x` is another polynomial then the composite polynomial `p(x(t))`
 is returned.
 
 Parameters
 ----------
 p : array_like or poly1d object
 1D array of polynomial coefficients (including coefficients equal
 to zero) from highest degree to the constant term, or an
 instance of poly1d.
 x : array_like or poly1d object
 A number, an array of numbers, or an instance of poly1d, at
 which to evaluate `p`.
 
 Returns
 -------
 values : ndarray or poly1d
 If `x` is a poly1d instance, the result is the composition of the two
 polynomials, i.e., `x` is "substituted" in `p` and the simplified
 result is returned. In addition, the type of `x` - array_like or
 poly1d - governs the type of the output: `x` array_like => `values`
 array_like, `x` a poly1d object => `values` is also.
 
 See Also
 --------
 poly1d: A polynomial class.
 
 Notes
 -----
 Horner's scheme [1]_ is used to evaluate the polynomial. Even so,
 for polynomials of high degree the values may be inaccurate due to
 rounding errors. Use carefully.
 
 References
 ----------
 .. [1] I. N. Bronshtein, K. A. Semendyayev, and K. A. Hirsch (Eng.
 trans. Ed.), *Handbook of Mathematics*, New York, Van Nostrand
 Reinhold Co., 1985, pg. 720.
 
 Examples
 --------
 >>> np.polyval([3,0,1], 5)  # 3 * 5**2 + 0 * 5**1 + 1
 76
 >>> np.polyval([3,0,1], np.poly1d(5))
 poly1d([ 76.])
 >>> np.polyval(np.poly1d([3,0,1]), 5)
 76
 >>> np.polyval(np.poly1d([3,0,1]), np.poly1d(5))
 poly1d([ 76.])
 
 """
 p = NX.asarray(p)
 if isinstance(x, poly1d):
 y = 0
 else:
 x = NX.asarray(x)
 y = NX.zeros_like(x)
 for i in range(len(p)):
 y = y * x + p[i]
 return y
 
 def polyadd(a1, a2):
 """
 Find the sum of two polynomials.
 
 Returns the polynomial resulting from the sum of two input polynomials.
 Each input must be either a poly1d object or a 1D sequence of polynomial
 coefficients, from highest to lowest degree.
 
 Parameters
 ----------
 a1, a2 : array_like or poly1d object
 Input polynomials.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray or poly1d object
 The sum of the inputs. If either input is a poly1d object, then the
 output is also a poly1d object. Otherwise, it is a 1D array of
 polynomial coefficients from highest to lowest degree.
 
 See Also
 --------
 poly1d : A one-dimensional polynomial class.
 poly, polyadd, polyder, polydiv, polyfit, polyint, polysub, polyval
 
 Examples
 --------
 >>> np.polyadd([1, 2], [9, 5, 4])
 array([9, 6, 6])
 
 Using poly1d objects:
 
 >>> p1 = np.poly1d([1, 2])
 >>> p2 = np.poly1d([9, 5, 4])
 >>> print(p1)
 1 x + 2
 >>> print(p2)
 2
 9 x + 5 x + 4
 >>> print(np.polyadd(p1, p2))
 2
 9 x + 6 x + 6
 
 """
 truepoly = (isinstance(a1, poly1d) or isinstance(a2, poly1d))
 a1 = atleast_1d(a1)
 a2 = atleast_1d(a2)
 diff = len(a2) - len(a1)
 if diff == 0:
 val = a1 + a2
 elif diff > 0:
 zr = NX.zeros(diff, a1.dtype)
 val = NX.concatenate((zr, a1)) + a2
 else:
 zr = NX.zeros(abs(diff), a2.dtype)
 val = a1 + NX.concatenate((zr, a2))
 if truepoly:
 val = poly1d(val)
 return val
 
 def polysub(a1, a2):
 """
 Difference (subtraction) of two polynomials.
 
 Given two polynomials `a1` and `a2`, returns ``a1 - a2``.
 `a1` and `a2` can be either array_like sequences of the polynomials'
 coefficients (including coefficients equal to zero), or `poly1d` objects.
 
 Parameters
 ----------
 a1, a2 : array_like or poly1d
 Minuend and subtrahend polynomials, respectively.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray or poly1d
 Array or `poly1d` object of the difference polynomial's coefficients.
 
 See Also
 --------
 polyval, polydiv, polymul, polyadd
 
 Examples
 --------
 .. math:: (2 x^2 + 10 x - 2) - (3 x^2 + 10 x -4) = (-x^2 + 2)
 
 >>> np.polysub([2, 10, -2], [3, 10, -4])
 array([-1,  0,  2])
 
 """
 truepoly = (isinstance(a1, poly1d) or isinstance(a2, poly1d))
 a1 = atleast_1d(a1)
 a2 = atleast_1d(a2)
 diff = len(a2) - len(a1)
 if diff == 0:
 val = a1 - a2
 elif diff > 0:
 zr = NX.zeros(diff, a1.dtype)
 val = NX.concatenate((zr, a1)) - a2
 else:
 zr = NX.zeros(abs(diff), a2.dtype)
 val = a1 - NX.concatenate((zr, a2))
 if truepoly:
 val = poly1d(val)
 return val
 
 
 def polymul(a1, a2):
 """
 Find the product of two polynomials.
 
 Finds the polynomial resulting from the multiplication of the two input
 polynomials. Each input must be either a poly1d object or a 1D sequence
 of polynomial coefficients, from highest to lowest degree.
 
 Parameters
 ----------
 a1, a2 : array_like or poly1d object
 Input polynomials.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray or poly1d object
 The polynomial resulting from the multiplication of the inputs. If
 either inputs is a poly1d object, then the output is also a poly1d
 object. Otherwise, it is a 1D array of polynomial coefficients from
 highest to lowest degree.
 
 See Also
 --------
 poly1d : A one-dimensional polynomial class.
 poly, polyadd, polyder, polydiv, polyfit, polyint, polysub,
 polyval
 convolve : Array convolution. Same output as polymul, but has parameter
 for overlap mode.
 
 Examples
 --------
 >>> np.polymul([1, 2, 3], [9, 5, 1])
 array([ 9, 23, 38, 17,  3])
 
 Using poly1d objects:
 
 >>> p1 = np.poly1d([1, 2, 3])
 >>> p2 = np.poly1d([9, 5, 1])
 >>> print(p1)
 2
 1 x + 2 x + 3
 >>> print(p2)
 2
 9 x + 5 x + 1
 >>> print(np.polymul(p1, p2))
 4      3      2
 9 x + 23 x + 38 x + 17 x + 3
 
 """
 truepoly = (isinstance(a1, poly1d) or isinstance(a2, poly1d))
 a1, a2 = poly1d(a1), poly1d(a2)
 val = NX.convolve(a1, a2)
 if truepoly:
 val = poly1d(val)
 return val
 
 def polydiv(u, v):
 """
 Returns the quotient and remainder of polynomial division.
 
 The input arrays are the coefficients (including any coefficients
 equal to zero) of the "numerator" (dividend) and "denominator"
 (divisor) polynomials, respectively.
 
 Parameters
 ----------
 u : array_like or poly1d
 Dividend polynomial's coefficients.
 
 v : array_like or poly1d
 Divisor polynomial's coefficients.
 
 Returns
 -------
 q : ndarray
 Coefficients, including those equal to zero, of the quotient.
 r : ndarray
 Coefficients, including those equal to zero, of the remainder.
 
 See Also
 --------
 poly, polyadd, polyder, polydiv, polyfit, polyint, polymul, polysub,
 polyval
 
 Notes
 -----
 Both `u` and `v` must be 0-d or 1-d (ndim = 0 or 1), but `u.ndim` need
 not equal `v.ndim`. In other words, all four possible combinations -
 ``u.ndim = v.ndim = 0``, ``u.ndim = v.ndim = 1``,
 ``u.ndim = 1, v.ndim = 0``, and ``u.ndim = 0, v.ndim = 1`` - work.
 
 Examples
 --------
 .. math:: \\frac{3x^2 + 5x + 2}{2x + 1} = 1.5x + 1.75, remainder 0.25
 
 >>> x = np.array([3.0, 5.0, 2.0])
 >>> y = np.array([2.0, 1.0])
 >>> np.polydiv(x, y)
 (array([ 1.5 ,  1.75]), array([ 0.25]))
 
 """
 truepoly = (isinstance(u, poly1d) or isinstance(u, poly1d))
 u = atleast_1d(u) + 0.0
 v = atleast_1d(v) + 0.0
 # w has the common type
 w = u[0] + v[0]
 m = len(u) - 1
 n = len(v) - 1
 scale = 1. / v[0]
 q = NX.zeros((max(m - n + 1, 1),), w.dtype)
 r = u.copy()
 for k in range(0, m-n+1):
 d = scale * r[k]
 q[k] = d
 r[k:k+n+1] -= d*v
 while NX.allclose(r[0], 0, rtol=1e-14) and (r.shape[-1] > 1):
 r = r[1:]
 if truepoly:
 return poly1d(q), poly1d(r)
 return q, r
 
 _poly_mat = re.compile(r"[*][*]([0-9]*)")
 def _raise_power(astr, wrap=70):
 n = 0
 line1 = ''
 line2 = ''
 output = ' '
 while True:
 mat = _poly_mat.search(astr, n)
 if mat is None:
 break
 span = mat.span()
 power = mat.groups()[0]
 partstr = astr[n:span[0]]
 n = span[1]
 toadd2 = partstr + ' '*(len(power)-1)
 toadd1 = ' '*(len(partstr)-1) + power
 if ((len(line2) + len(toadd2) > wrap) or
 (len(line1) + len(toadd1) > wrap)):
 output += line1 + "\n" + line2 + "\n "
 line1 = toadd1
 line2 = toadd2
 else:
 line2 += partstr + ' '*(len(power)-1)
 line1 += ' '*(len(partstr)-1) + power
 output += line1 + "\n" + line2
 return output + astr[n:]
 
 
 class poly1d(object):
 """
 A one-dimensional polynomial class.
 
 A convenience class, used to encapsulate "natural" operations on
 polynomials so that said operations may take on their customary
 form in code (see Examples).
 
 Parameters
 ----------
 c_or_r : array_like
 The polynomial's coefficients, in decreasing powers, or if
 the value of the second parameter is True, the polynomial's
 roots (values where the polynomial evaluates to 0).  For example,
 ``poly1d([1, 2, 3])`` returns an object that represents
 :math:`x^2 + 2x + 3`, whereas ``poly1d([1, 2, 3], True)`` returns
 one that represents :math:`(x-1)(x-2)(x-3) = x^3 - 6x^2 + 11x -6`.
 r : bool, optional
 If True, `c_or_r` specifies the polynomial's roots; the default
 is False.
 variable : str, optional
 Changes the variable used when printing `p` from `x` to `variable`
 (see Examples).
 
 Examples
 --------
 Construct the polynomial :math:`x^2 + 2x + 3`:
 
 >>> p = np.poly1d([1, 2, 3])
 >>> print(np.poly1d(p))
 2
 1 x + 2 x + 3
 
 Evaluate the polynomial at :math:`x = 0.5`:
 
 >>> p(0.5)
 4.25
 
 Find the roots:
 
 >>> p.r
 array([-1.+1.41421356j, -1.-1.41421356j])
 >>> p(p.r)
 array([ -4.44089210e-16+0.j,  -4.44089210e-16+0.j])
 
 These numbers in the previous line represent (0, 0) to machine precision
 
 Show the coefficients:
 
 >>> p.c
 array([1, 2, 3])
 
 Display the order (the leading zero-coefficients are removed):
 
 >>> p.order
 2
 
 Show the coefficient of the k-th power in the polynomial
 (which is equivalent to ``p.c[-(i+1)]``):
 
 >>> p[1]
 2
 
 Polynomials can be added, subtracted, multiplied, and divided
 (returns quotient and remainder):
 
 >>> p * p
 poly1d([ 1,  4, 10, 12,  9])
 
 >>> (p**3 + 4) / p
 (poly1d([  1.,   4.,  10.,  12.,   9.]), poly1d([ 4.]))
 
 ``asarray(p)`` gives the coefficient array, so polynomials can be
 used in all functions that accept arrays:
 
 >>> p**2 # square of polynomial
 poly1d([ 1,  4, 10, 12,  9])
 
 >>> np.square(p) # square of individual coefficients
 array([1, 4, 9])
 
 The variable used in the string representation of `p` can be modified,
 using the `variable` parameter:
 
 >>> p = np.poly1d([1,2,3], variable='z')
 >>> print(p)
 2
 1 z + 2 z + 3
 
 Construct a polynomial from its roots:
 
 >>> np.poly1d([1, 2], True)
 poly1d([ 1, -3,  2])
 
 This is the same polynomial as obtained by:
 
 >>> np.poly1d([1, -1]) * np.poly1d([1, -2])
 poly1d([ 1, -3,  2])
 
 """
 __hash__ = None
 
 @property
 def coeffs(self):
 """ The polynomial coefficients """
 return self._coeffs
 
 @coeffs.setter
 def coeffs(self, value):
 # allowing this makes p.coeffs *= 2 legal
 if value is not self._coeffs:
 raise AttributeError("Cannot set attribute")
 
 @property
 def variable(self):
 """ The name of the polynomial variable """
 return self._variable
 
 # calculated attributes
 @property
 def order(self):
 """ The order or degree of the polynomial """
 return len(self._coeffs) - 1
 
 @property
 def roots(self):
 """ The roots of the polynomial, where self(x) == 0 """
 return roots(self._coeffs)
 
 # our internal _coeffs property need to be backed by __dict__['coeffs'] for
 # scipy to work correctly.
 @property
 def _coeffs(self):
 return self.__dict__['coeffs']
 @_coeffs.setter
 def _coeffs(self, coeffs):
 self.__dict__['coeffs'] = coeffs
 
 # alias attributes
 r = roots
 c = coef = coefficients = coeffs
 o = order
 
 def __init__(self, c_or_r, r=False, variable=None):
 if isinstance(c_or_r, poly1d):
 self._variable = c_or_r._variable
 self._coeffs = c_or_r._coeffs
 
 if set(c_or_r.__dict__) - set(self.__dict__):
 msg = ("In the future extra properties will not be copied "
 "across when constructing one poly1d from another")
 warnings.warn(msg, FutureWarning, stacklevel=2)
 self.__dict__.update(c_or_r.__dict__)
 
 if variable is not None:
 self._variable = variable
 return
 if r:
 c_or_r = poly(c_or_r)
 c_or_r = atleast_1d(c_or_r)
 if c_or_r.ndim > 1:
 raise ValueError("Polynomial must be 1d only.")
 c_or_r = trim_zeros(c_or_r, trim='f')
 if len(c_or_r) == 0:
 c_or_r = NX.array([0.])
 self._coeffs = c_or_r
 if variable is None:
 variable = 'x'
 self._variable = variable
 
 def __array__(self, t=None):
 if t:
 return NX.asarray(self.coeffs, t)
 else:
 return NX.asarray(self.coeffs)
 
 def __repr__(self):
 vals = repr(self.coeffs)
 vals = vals[6:-1]
 return "poly1d(%s)" % vals
 
 def __len__(self):
 return self.order
 
 def __str__(self):
 thestr = "0"
 var = self.variable
 
 # Remove leading zeros
 coeffs = self.coeffs[NX.logical_or.accumulate(self.coeffs != 0)]
 N = len(coeffs)-1
 
 def fmt_float(q):
 s = '%.4g' % q
 if s.endswith('.0000'):
 s = s[:-5]
 return s
 
 for k in range(len(coeffs)):
 if not iscomplex(coeffs[k]):
 coefstr = fmt_float(real(coeffs[k]))
 elif real(coeffs[k]) == 0:
 coefstr = '%sj' % fmt_float(imag(coeffs[k]))
 else:
 coefstr = '(%s + %sj)' % (fmt_float(real(coeffs[k])),
 fmt_float(imag(coeffs[k])))
 
 power = (N-k)
 if power == 0:
 if coefstr != '0':
 newstr = '%s' % (coefstr,)
 else:
 if k == 0:
 newstr = '0'
 else:
 newstr = ''
 elif power == 1:
 if coefstr == '0':
 newstr = ''
 elif coefstr == 'b':
 newstr = var
 else:
 newstr = '%s %s' % (coefstr, var)
 else:
 if coefstr == '0':
 newstr = ''
 elif coefstr == 'b':
 newstr = '%s**%d' % (var, power,)
 else:
 newstr = '%s %s**%d' % (coefstr, var, power)
 
 if k > 0:
 if newstr != '':
 if newstr.startswith('-'):
 thestr = "%s - %s" % (thestr, newstr[1:])
 else:
 thestr = "%s + %s" % (thestr, newstr)
 else:
 thestr = newstr
 return _raise_power(thestr)
 
 def __call__(self, val):
 return polyval(self.coeffs, val)
 
 def __neg__(self):
 return poly1d(-self.coeffs)
 
 def __pos__(self):
 return self
 
 def __mul__(self, other):
 if isscalar(other):
 return poly1d(self.coeffs * other)
 else:
 other = poly1d(other)
 return poly1d(polymul(self.coeffs, other.coeffs))
 
 def __rmul__(self, other):
 if isscalar(other):
 return poly1d(other * self.coeffs)
 else:
 other = poly1d(other)
 return poly1d(polymul(self.coeffs, other.coeffs))
 
 def __add__(self, other):
 other = poly1d(other)
 return poly1d(polyadd(self.coeffs, other.coeffs))
 
 def __radd__(self, other):
 other = poly1d(other)
 return poly1d(polyadd(self.coeffs, other.coeffs))
 
 def __pow__(self, val):
 if not isscalar(val) or int(val) != val or val < 0:
 raise ValueError("Power to non-negative integers only.")
 res = [1]
 for _ in range(val):
 res = polymul(self.coeffs, res)
 return poly1d(res)
 
 def __sub__(self, other):
 other = poly1d(other)
 return poly1d(polysub(self.coeffs, other.coeffs))
 
 def __rsub__(self, other):
 other = poly1d(other)
 return poly1d(polysub(other.coeffs, self.coeffs))
 
 def __div__(self, other):
 if isscalar(other):
 return poly1d(self.coeffs/other)
 else:
 other = poly1d(other)
 return polydiv(self, other)
 
 __truediv__ = __div__
 
 def __rdiv__(self, other):
 if isscalar(other):
 return poly1d(other/self.coeffs)
 else:
 other = poly1d(other)
 return polydiv(other, self)
 
 __rtruediv__ = __rdiv__
 
 def __eq__(self, other):
 if not isinstance(other, poly1d):
 return NotImplemented
 if self.coeffs.shape != other.coeffs.shape:
 return False
 return (self.coeffs == other.coeffs).all()
 
 def __ne__(self, other):
 if not isinstance(other, poly1d):
 return NotImplemented
 return not self.__eq__(other)
 
 
 def __getitem__(self, val):
 ind = self.order - val
 if val > self.order:
 return 0
 if val < 0:
 return 0
 return self.coeffs[ind]
 
 def __setitem__(self, key, val):
 ind = self.order - key
 if key < 0:
 raise ValueError("Does not support negative powers.")
 if key > self.order:
 zr = NX.zeros(key-self.order, self.coeffs.dtype)
 self._coeffs = NX.concatenate((zr, self.coeffs))
 ind = 0
 self._coeffs[ind] = val
 return
 
 def __iter__(self):
 return iter(self.coeffs)
 
 def integ(self, m=1, k=0):
 """
 Return an antiderivative (indefinite integral) of this polynomial.
 
 Refer to `polyint` for full documentation.
 
 See Also
 --------
 polyint : equivalent function
 
 """
 return poly1d(polyint(self.coeffs, m=m, k=k))
 
 def deriv(self, m=1):
 """
 Return a derivative of this polynomial.
 
 Refer to `polyder` for full documentation.
 
 See Also
 --------
 polyder : equivalent function
 
 """
 return poly1d(polyder(self.coeffs, m=m))
 
 # Stuff to do on module import
 
 warnings.simplefilter('always', RankWarning)
 
 |