NumPy real() 関数の使い方を徹底解説！ 複素数部分を取り出すための強力なツール

NumPy の数学関数における numpy.real()

numpy.real() の概要

• 複素数の型を受け取り、実数部分のみを含む新しい配列を返します。
• 入力配列の形状は保持されます。
• 複素数ではない入力に対しては、そのまま値を返します。

使用例

import numpy as np

# 複素数配列
complex_array = np.array([1 + 2j, 3 - 4j, 5 + 6j])

# 実数部分のみを取り出す
real_array = np.real(complex_array)

# 結果:
# array([ 1.,  3.,  5.])

# 複素数スカラー
complex_scalar = 7 + 8j

# 実数部分のみを取り出す
real_scalar = np.real(complex_scalar)

# 結果:
# 7.0

関連関数

• numpy.imag(): 複素数の虚数部分のみを取り出す
• numpy.conj(): 複素数の共役を取り出す

注意事項

• 入力配列が複素数ではない場合、エラーが発生します。
• 実数部分のみが必要な場合にのみ numpy.real() を使用し、必要のない計算は避けてください。

NumPy real() 関数のサンプルコード

配列の要素に real() を適用

import numpy as np

# 複素数配列
arr = np.array([[1 + 2j, 3 - 4j], [5 + 6j, 7 - 8j]])

# 実数部分のみを取り出す
real_arr = np.real(arr)

# 結果:
# array([[ 1.,  3.],
#        [ 5.,  7.]])

条件付きで real() を適用

import numpy as np

# 複素数配列
arr = np.array([[1 + 2j, 3 - 4j], [5 + 6j, 7 - 8j]])

# 条件
is_real = np.imag(arr) == 0

# 条件に合致する要素のみ実数部分を取り出す
real_arr = np.where(is_real, np.real(arr), arr)

# 結果:
# array([[ 1.,  3.],
#        [ 5.,  7.]])

複素数スカラーに real() を適用

import numpy as np

# 複素数スカラー
x = 1 + 2j

# 実数部分のみを取り出す
real_x = np.real(x)

# 結果:
# 1.0

real() を数学関数と組み合わせて使用

import numpy as np

# 複素数配列
arr = np.array([1 + 2j, 3 - 4j, 5 + 6j])

# 実数部分のみを取り出し、絶対値を計算
abs_real_arr = np.abs(np.real(arr))

# 結果:
# array([ 1.,  3.,  5.])

real() を NumPy 以外のライブラリと組み合わせて使用

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 複素数配列
arr = np.array([1 + 2j, 3 - 4j, 5 + 6j])

# 実数部分のみを取り出す
real_arr = np.real(arr)

# 実数部分のみをグラフに表示
plt.plot(real_arr)
plt.show()

NumPy real() 関数の代替方法

スlicing

import numpy as np

# 複素数配列
arr = np.array([1 + 2j, 3 - 4j, 5 + 6j])

# 実数部分のみを取り出す
real_arr = arr.real

# 結果:
# array([ 1.,  3.,  5.])

np.take()

import numpy as np

# 複素数配列
arr = np.array([1 + 2j, 3 - 4j, 5 + 6j])

# 実数部分のみを取り出す
real_arr = np.take(arr, [0], axis=1)

# 結果:
# array([[ 1.],
#        [ 3.],
#        [ 5.]])

自作関数

def get_real(arr):
  """
  配列の複素数部分を取り出す

  Args:
    arr: 複素数配列

  Returns:
    実数部分のみの配列
  """
  return arr.real

# 複素数配列
arr = np.array([1 + 2j, 3 - 4j, 5 + 6j])

# 実数部分のみを取り出す
real_arr = get_real(arr)

# 結果:
# array([ 1.,  3.,  5.])

これらの方法は、それぞれ異なる利点と欠点があります。

スlicing は最も簡潔な方法ですが、arr.real という属性が用意されている必要があるという制限があります。

np.take() は、柔軟性があり、任意の軸に沿って複素数部分を取り出すことができます。

自作関数 は、最も柔軟性がありますが、コード量が増えてしまいます。

その他の代替方法

• np.where() を使用して、条件付きで複素数部分を取り出す
• NumPy 以外のライブラリ (例: Pandas) を使用して、複素数部分を取り出す

NumPy の real() 関数は、複素数配列の複素数部分を取り出すための便利な関数です。

しかし、状況によっては他の方法の方が適している場合があります。

上記で紹介した代替方法を参考に、最適な方法を選択してください。