在一组值上集成两个变量的函数

Posted 2023-03-24

【中文标题】在一组值上集成两个变量的函数

【英文标题】：Integrating a function of two variables over an array of values

【发布时间】：2021-12-04 23:00:58

【问题描述】：

我目前正在尝试使用 SciPy 解决这个积分问题：

我首先被建议使用插值，我尝试过但由于某种原因无法弄清楚，但可能是一个好方法。我发现 this post 关于使用 np.vectorize 并且我认为它可能仍然有效，但我遇到了一个错误。这是我迄今为止编写的代码（还要注意 n 和 n,eq 不是索引，它们只是变量名）：

import numpy as np
from scipy import integrate 

def K(x): #This is a function in the integral.
    b = 0.252
    return b*(((4/(x**3))+(3/(x**2))+1/x) + (4/(x**3) + 1/(x**2))*np.exp(-x))

def Xntot_integrand(x,z): #Defining the integrand
    Xneq_x = (1+np.exp(x))**(-1) #This is the term outside the integral and squared within it.
    return Xneq_x(x)**2 * np.exp(K(z) - K(x)) * np.exp(x)

Xntot_integrand = np.vectorize(Xntot_integrand)

def Xntot_integrated(x,z):
    return quad(Xntot_integrand, 0, z)

Xntot_integrated=np.vectorize(Xntot_integrated)

T_narrow = np.linspace(1,0.01,100) #Narrow T range from 1 to 0.01 MeV
z_narrow = Q/T_narrow

final_integrated_Xneq = Xntot_integrated(z_narrow)

当我调用Xntot_integrated 时，我收到了一个错误，即我缺少一个位置参数（这是有道理的，我认为它仍然在两个变量 x 和 z 中）。

所以我想问题出在我使用quad() 的地方，因为在它被集成之后，x 应该会消失。有什么建议吗？我应该改用制表/插值吗？

【问题讨论】：

np.vectorize(Xntot_integrand) 不应该是Xntot_integrand = np.vectorize(Xntot_integrand) 吗？

好点，我改变了它，不幸的是，它似乎仍然有同样的问题。

【参考方案1】：

您需要使用integrate.quad 的args 关键字参数将额外的输入传递给函数，所以它看起来像这样：

def Xntot_integrated(z):
    return integrate.quad(Xntot_integrand, 0, z, args=(z,))

注意这里x不是积分函数的输入，只是z，被积函数的第一个输入是积分变量，任何额外的信息都通过args=(z,)元组传递。

或者，您可以定义一个包装器，该包装器从上下文中了解 z 并且只将集成变量作为输入：

def Xntot_integrated(z):
    def integrand(x):return Xntot_integrand(x,z)
    return integrate.quad(integrand, 0, z)

但大多数采用函数的 API 通常都有一个关键字参数来指定这些输入。 （我想到了threading.Thread。）

你的Xneq_x 也应该是一个函数本身，因为你不小心在你的被积函数中使用了它（它现在只是一个值），无论如何你都需要在集成之外使用它:)

【讨论】：

非常感谢，这已解决！我很感激:)