为什么我的 python 循环每次运行都会给出不同的数组，以及如何让它每次都产生相同的结果？

Question

你可以看到下面的循环，它每次给出不同的图，20次运行中大约有1次是我想要的结果，这是一个三角傅里叶级数。如何做到每次结果都一样？

L=1
N=1000

#Array for x
x=np.linspace(-3*L,3*L,N+1)
#Array for sum
s=np.empty(N+1) 
#While loop for sum
i=1
while(i<N+1):
    s=(1/((2*i-1)**2))*(np.cos((2*i-1)*np.pi*x/L))+s
    i=i+1

print(s)
#f(x)
y=(L/2)-(4*L/((np.pi)**2))*s

#Settings for plot
plt.plot(x,y)

Answer 1

这一行

s=np.empty(N+1)

生成一个充满未定义（任意）值的数组。您应该改用一个填充零的新数组：

s=np.zeros(N+1)

Answer 2

正如所指出的，np.empty 给您带来了问题。初始打印为 s:

的循环

In [26]: L=1
    ...: N=10
    ...: 
    ...: #Array for x
    ...: x=np.linspace(-3*L,3*L,N+1)
    ...: #Array for sum
    ...: s=np.empty(N+1)
    ...: print(s)
    ...: i=1
    ...: while(i<N+1):
    ...:     s=(1/((2*i-1)**2))*(np.cos((2*i-1)*np.pi*x/L))+s
    ...:     i=i+1
    ...: 
[-3.  -2.4 -1.8 -1.2 -0.6  0.   0.6  1.2  1.8  2.4  3. ]
In [27]: s
Out[27]: 
array([-4.20872131, -2.15330145, -1.06005191, -1.93994809, -0.84669855,
        1.20872131,  0.35330145,  0.46005191,  2.53994809,  2.64669855,
        1.79127869])

同样的事情，但 np.zeros:

In [28]: L=1
    ...: N=10
    ...: 
    ...: #Array for x
    ...: x=np.linspace(-3*L,3*L,N+1)
    ...: #Array for sum
    ...: s=np.zeros(N+1)
    ...: print(s)
    ...: i=1
    ...: while(i<N+1):
    ...:     s=(1/((2*i-1)**2))*(np.cos((2*i-1)*np.pi*x/L))+s
    ...:     i=i+1
    ...: 
[0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.]
In [29]: s
Out[29]: 
array([-1.20872131,  0.24669855,  0.73994809, -0.73994809, -0.24669855,
        1.20872131, -0.24669855, -0.73994809,  0.73994809,  0.24669855,
       -1.20872131])

但是你不需要迭代。而是创建 i 值范围，并构造一个二维结果（针对 (10,) i:

广播 (11,1) x

In [30]: i = np.arange(1,N+1)
In [31]: S = (1/((2*i-1)**2))*(np.cos((2*i-1)*np.pi*x[:,None]/L))
In [32]: S.shape
Out[32]: (11, 10)
In [33]: s.shape
Out[33]: (11,)

然后在 i 维度求和：

In [34]: S.sum(axis=1)
Out[34]: 
array([-1.20872131,  0.24669855,  0.73994809, -0.73994809, -0.24669855,
        1.20872131, -0.24669855, -0.73994809,  0.73994809,  0.24669855,
       -1.20872131])

为什么我的 python 循环每次运行都会给出不同的数组，以及如何让它每次都产生相同的结果？

Why does my python loop give a different array every run, and how to make it produce the same result everytime?

python

numpy

matplotlib

while-loop

为什么我的 python 循环每次 运行 都会给出不同的数组，以及如何让它每次都产生相同的结果？

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