| Viewing file:  scimath.py (13.75 KB)      -rw-r--r-- Select action/file-type:
 
  (+) |  (+) |  (+) | Code (+) | Session (+) |  (+) | SDB (+) |  (+) |  (+) |  (+) |  (+) |  (+) | 
 
"""Wrapper functions to more user-friendly calling of certain math functions
 whose output data-type is different than the input data-type in certain
 domains of the input.
 
 For example, for functions like `log` with branch cuts, the versions in this
 module provide the mathematically valid answers in the complex plane::
 
 >>> import math
 >>> from numpy.lib import scimath
 >>> scimath.log(-math.exp(1)) == (1+1j*math.pi)
 True
 
 Similarly, `sqrt`, other base logarithms, `power` and trig functions are
 correctly handled.  See their respective docstrings for specific examples.
 
 """
 from __future__ import division, absolute_import, print_function
 
 import numpy.core.numeric as nx
 import numpy.core.numerictypes as nt
 from numpy.core.numeric import asarray, any
 from numpy.lib.type_check import isreal
 
 
 __all__ = [
 'sqrt', 'log', 'log2', 'logn', 'log10', 'power', 'arccos', 'arcsin',
 'arctanh'
 ]
 
 
 _ln2 = nx.log(2.0)
 
 
 def _tocomplex(arr):
 """Convert its input `arr` to a complex array.
 
 The input is returned as a complex array of the smallest type that will fit
 the original data: types like single, byte, short, etc. become csingle,
 while others become cdouble.
 
 A copy of the input is always made.
 
 Parameters
 ----------
 arr : array
 
 Returns
 -------
 array
 An array with the same input data as the input but in complex form.
 
 Examples
 --------
 
 First, consider an input of type short:
 
 >>> a = np.array([1,2,3],np.short)
 
 >>> ac = np.lib.scimath._tocomplex(a); ac
 array([ 1.+0.j,  2.+0.j,  3.+0.j], dtype=complex64)
 
 >>> ac.dtype
 dtype('complex64')
 
 If the input is of type double, the output is correspondingly of the
 complex double type as well:
 
 >>> b = np.array([1,2,3],np.double)
 
 >>> bc = np.lib.scimath._tocomplex(b); bc
 array([ 1.+0.j,  2.+0.j,  3.+0.j])
 
 >>> bc.dtype
 dtype('complex128')
 
 Note that even if the input was complex to begin with, a copy is still
 made, since the astype() method always copies:
 
 >>> c = np.array([1,2,3],np.csingle)
 
 >>> cc = np.lib.scimath._tocomplex(c); cc
 array([ 1.+0.j,  2.+0.j,  3.+0.j], dtype=complex64)
 
 >>> c *= 2; c
 array([ 2.+0.j,  4.+0.j,  6.+0.j], dtype=complex64)
 
 >>> cc
 array([ 1.+0.j,  2.+0.j,  3.+0.j], dtype=complex64)
 """
 if issubclass(arr.dtype.type, (nt.single, nt.byte, nt.short, nt.ubyte,
 nt.ushort, nt.csingle)):
 return arr.astype(nt.csingle)
 else:
 return arr.astype(nt.cdouble)
 
 def _fix_real_lt_zero(x):
 """Convert `x` to complex if it has real, negative components.
 
 Otherwise, output is just the array version of the input (via asarray).
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like
 
 Returns
 -------
 array
 
 Examples
 --------
 >>> np.lib.scimath._fix_real_lt_zero([1,2])
 array([1, 2])
 
 >>> np.lib.scimath._fix_real_lt_zero([-1,2])
 array([-1.+0.j,  2.+0.j])
 
 """
 x = asarray(x)
 if any(isreal(x) & (x < 0)):
 x = _tocomplex(x)
 return x
 
 def _fix_int_lt_zero(x):
 """Convert `x` to double if it has real, negative components.
 
 Otherwise, output is just the array version of the input (via asarray).
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like
 
 Returns
 -------
 array
 
 Examples
 --------
 >>> np.lib.scimath._fix_int_lt_zero([1,2])
 array([1, 2])
 
 >>> np.lib.scimath._fix_int_lt_zero([-1,2])
 array([-1.,  2.])
 """
 x = asarray(x)
 if any(isreal(x) & (x < 0)):
 x = x * 1.0
 return x
 
 def _fix_real_abs_gt_1(x):
 """Convert `x` to complex if it has real components x_i with abs(x_i)>1.
 
 Otherwise, output is just the array version of the input (via asarray).
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like
 
 Returns
 -------
 array
 
 Examples
 --------
 >>> np.lib.scimath._fix_real_abs_gt_1([0,1])
 array([0, 1])
 
 >>> np.lib.scimath._fix_real_abs_gt_1([0,2])
 array([ 0.+0.j,  2.+0.j])
 """
 x = asarray(x)
 if any(isreal(x) & (abs(x) > 1)):
 x = _tocomplex(x)
 return x
 
 def sqrt(x):
 """
 Compute the square root of x.
 
 For negative input elements, a complex value is returned
 (unlike `numpy.sqrt` which returns NaN).
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like
 The input value(s).
 
 Returns
 -------
 out : ndarray or scalar
 The square root of `x`. If `x` was a scalar, so is `out`,
 otherwise an array is returned.
 
 See Also
 --------
 numpy.sqrt
 
 Examples
 --------
 For real, non-negative inputs this works just like `numpy.sqrt`:
 
 >>> np.lib.scimath.sqrt(1)
 1.0
 >>> np.lib.scimath.sqrt([1, 4])
 array([ 1.,  2.])
 
 But it automatically handles negative inputs:
 
 >>> np.lib.scimath.sqrt(-1)
 (0.0+1.0j)
 >>> np.lib.scimath.sqrt([-1,4])
 array([ 0.+1.j,  2.+0.j])
 
 """
 x = _fix_real_lt_zero(x)
 return nx.sqrt(x)
 
 def log(x):
 """
 Compute the natural logarithm of `x`.
 
 Return the "principal value" (for a description of this, see `numpy.log`)
 of :math:`log_e(x)`. For real `x > 0`, this is a real number (``log(0)``
 returns ``-inf`` and ``log(np.inf)`` returns ``inf``). Otherwise, the
 complex principle value is returned.
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like
 The value(s) whose log is (are) required.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray or scalar
 The log of the `x` value(s). If `x` was a scalar, so is `out`,
 otherwise an array is returned.
 
 See Also
 --------
 numpy.log
 
 Notes
 -----
 For a log() that returns ``NAN`` when real `x < 0`, use `numpy.log`
 (note, however, that otherwise `numpy.log` and this `log` are identical,
 i.e., both return ``-inf`` for `x = 0`, ``inf`` for `x = inf`, and,
 notably, the complex principle value if ``x.imag != 0``).
 
 Examples
 --------
 >>> np.emath.log(np.exp(1))
 1.0
 
 Negative arguments are handled "correctly" (recall that
 ``exp(log(x)) == x`` does *not* hold for real ``x < 0``):
 
 >>> np.emath.log(-np.exp(1)) == (1 + np.pi * 1j)
 True
 
 """
 x = _fix_real_lt_zero(x)
 return nx.log(x)
 
 def log10(x):
 """
 Compute the logarithm base 10 of `x`.
 
 Return the "principal value" (for a description of this, see
 `numpy.log10`) of :math:`log_{10}(x)`. For real `x > 0`, this
 is a real number (``log10(0)`` returns ``-inf`` and ``log10(np.inf)``
 returns ``inf``). Otherwise, the complex principle value is returned.
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like or scalar
 The value(s) whose log base 10 is (are) required.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray or scalar
 The log base 10 of the `x` value(s). If `x` was a scalar, so is `out`,
 otherwise an array object is returned.
 
 See Also
 --------
 numpy.log10
 
 Notes
 -----
 For a log10() that returns ``NAN`` when real `x < 0`, use `numpy.log10`
 (note, however, that otherwise `numpy.log10` and this `log10` are
 identical, i.e., both return ``-inf`` for `x = 0`, ``inf`` for `x = inf`,
 and, notably, the complex principle value if ``x.imag != 0``).
 
 Examples
 --------
 
 (We set the printing precision so the example can be auto-tested)
 
 >>> np.set_printoptions(precision=4)
 
 >>> np.emath.log10(10**1)
 1.0
 
 >>> np.emath.log10([-10**1, -10**2, 10**2])
 array([ 1.+1.3644j,  2.+1.3644j,  2.+0.j    ])
 
 """
 x = _fix_real_lt_zero(x)
 return nx.log10(x)
 
 def logn(n, x):
 """
 Take log base n of x.
 
 If `x` contains negative inputs, the answer is computed and returned in the
 complex domain.
 
 Parameters
 ----------
 n : int
 The base in which the log is taken.
 x : array_like
 The value(s) whose log base `n` is (are) required.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray or scalar
 The log base `n` of the `x` value(s). If `x` was a scalar, so is
 `out`, otherwise an array is returned.
 
 Examples
 --------
 >>> np.set_printoptions(precision=4)
 
 >>> np.lib.scimath.logn(2, [4, 8])
 array([ 2.,  3.])
 >>> np.lib.scimath.logn(2, [-4, -8, 8])
 array([ 2.+4.5324j,  3.+4.5324j,  3.+0.j    ])
 
 """
 x = _fix_real_lt_zero(x)
 n = _fix_real_lt_zero(n)
 return nx.log(x)/nx.log(n)
 
 def log2(x):
 """
 Compute the logarithm base 2 of `x`.
 
 Return the "principal value" (for a description of this, see
 `numpy.log2`) of :math:`log_2(x)`. For real `x > 0`, this is
 a real number (``log2(0)`` returns ``-inf`` and ``log2(np.inf)`` returns
 ``inf``). Otherwise, the complex principle value is returned.
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like
 The value(s) whose log base 2 is (are) required.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray or scalar
 The log base 2 of the `x` value(s). If `x` was a scalar, so is `out`,
 otherwise an array is returned.
 
 See Also
 --------
 numpy.log2
 
 Notes
 -----
 For a log2() that returns ``NAN`` when real `x < 0`, use `numpy.log2`
 (note, however, that otherwise `numpy.log2` and this `log2` are
 identical, i.e., both return ``-inf`` for `x = 0`, ``inf`` for `x = inf`,
 and, notably, the complex principle value if ``x.imag != 0``).
 
 Examples
 --------
 We set the printing precision so the example can be auto-tested:
 
 >>> np.set_printoptions(precision=4)
 
 >>> np.emath.log2(8)
 3.0
 >>> np.emath.log2([-4, -8, 8])
 array([ 2.+4.5324j,  3.+4.5324j,  3.+0.j    ])
 
 """
 x = _fix_real_lt_zero(x)
 return nx.log2(x)
 
 def power(x, p):
 """
 Return x to the power p, (x**p).
 
 If `x` contains negative values, the output is converted to the
 complex domain.
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like
 The input value(s).
 p : array_like of ints
 The power(s) to which `x` is raised. If `x` contains multiple values,
 `p` has to either be a scalar, or contain the same number of values
 as `x`. In the latter case, the result is
 ``x[0]**p[0], x[1]**p[1], ...``.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray or scalar
 The result of ``x**p``. If `x` and `p` are scalars, so is `out`,
 otherwise an array is returned.
 
 See Also
 --------
 numpy.power
 
 Examples
 --------
 >>> np.set_printoptions(precision=4)
 
 >>> np.lib.scimath.power([2, 4], 2)
 array([ 4, 16])
 >>> np.lib.scimath.power([2, 4], -2)
 array([ 0.25  ,  0.0625])
 >>> np.lib.scimath.power([-2, 4], 2)
 array([  4.+0.j,  16.+0.j])
 
 """
 x = _fix_real_lt_zero(x)
 p = _fix_int_lt_zero(p)
 return nx.power(x, p)
 
 def arccos(x):
 """
 Compute the inverse cosine of x.
 
 Return the "principal value" (for a description of this, see
 `numpy.arccos`) of the inverse cosine of `x`. For real `x` such that
 `abs(x) <= 1`, this is a real number in the closed interval
 :math:`[0, \\pi]`.  Otherwise, the complex principle value is returned.
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like or scalar
 The value(s) whose arccos is (are) required.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray or scalar
 The inverse cosine(s) of the `x` value(s). If `x` was a scalar, so
 is `out`, otherwise an array object is returned.
 
 See Also
 --------
 numpy.arccos
 
 Notes
 -----
 For an arccos() that returns ``NAN`` when real `x` is not in the
 interval ``[-1,1]``, use `numpy.arccos`.
 
 Examples
 --------
 >>> np.set_printoptions(precision=4)
 
 >>> np.emath.arccos(1) # a scalar is returned
 0.0
 
 >>> np.emath.arccos([1,2])
 array([ 0.-0.j   ,  0.+1.317j])
 
 """
 x = _fix_real_abs_gt_1(x)
 return nx.arccos(x)
 
 def arcsin(x):
 """
 Compute the inverse sine of x.
 
 Return the "principal value" (for a description of this, see
 `numpy.arcsin`) of the inverse sine of `x`. For real `x` such that
 `abs(x) <= 1`, this is a real number in the closed interval
 :math:`[-\\pi/2, \\pi/2]`.  Otherwise, the complex principle value is
 returned.
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like or scalar
 The value(s) whose arcsin is (are) required.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray or scalar
 The inverse sine(s) of the `x` value(s). If `x` was a scalar, so
 is `out`, otherwise an array object is returned.
 
 See Also
 --------
 numpy.arcsin
 
 Notes
 -----
 For an arcsin() that returns ``NAN`` when real `x` is not in the
 interval ``[-1,1]``, use `numpy.arcsin`.
 
 Examples
 --------
 >>> np.set_printoptions(precision=4)
 
 >>> np.emath.arcsin(0)
 0.0
 
 >>> np.emath.arcsin([0,1])
 array([ 0.    ,  1.5708])
 
 """
 x = _fix_real_abs_gt_1(x)
 return nx.arcsin(x)
 
 def arctanh(x):
 """
 Compute the inverse hyperbolic tangent of `x`.
 
 Return the "principal value" (for a description of this, see
 `numpy.arctanh`) of `arctanh(x)`. For real `x` such that
 `abs(x) < 1`, this is a real number.  If `abs(x) > 1`, or if `x` is
 complex, the result is complex. Finally, `x = 1` returns``inf`` and
 `x=-1` returns ``-inf``.
 
 Parameters
 ----------
 x : array_like
 The value(s) whose arctanh is (are) required.
 
 Returns
 -------
 out : ndarray or scalar
 The inverse hyperbolic tangent(s) of the `x` value(s). If `x` was
 a scalar so is `out`, otherwise an array is returned.
 
 
 See Also
 --------
 numpy.arctanh
 
 Notes
 -----
 For an arctanh() that returns ``NAN`` when real `x` is not in the
 interval ``(-1,1)``, use `numpy.arctanh` (this latter, however, does
 return +/-inf for `x = +/-1`).
 
 Examples
 --------
 >>> np.set_printoptions(precision=4)
 
 >>> np.emath.arctanh(np.matrix(np.eye(2)))
 array([[ Inf,   0.],
 [  0.,  Inf]])
 >>> np.emath.arctanh([1j])
 array([ 0.+0.7854j])
 
 """
 x = _fix_real_abs_gt_1(x)
 return nx.arctanh(x)
 
 |