In praktischen wissenschaftlichen und technischen Anwendungen ist es häufig erforderlich, lineare Gleichungssysteme zu lösen, um reale Probleme zu analysieren. Ein solches Szenario ist die Analyse elektrischer Schaltungen, bei der die Beziehungen zwischen Spannungen und Strömen in einer Schaltung mithilfe von linearen Gleichungen beschrieben werden, die aus den Kirchhoffschen Gesetzen abgeleitet sind. Die Funktion `scipy.linalg.solve` von SciPy bietet eine robuste und effiziente Möglichkeit, Lösungen für diese Systeme zu finden, sodass Sie mit realen Daten und komplexen Modellen arbeiten können.


import unittest
import user_code
import ast
import re   
import unittest
import numpy as np
import importlib

class TestTask(unittest.TestCase):
    def test_sample_solution(self):
        import user_code
        importlib.reload(user_code)
        a = np.array([[10, 2], [3, 8]])
        b = np.array([14, 19])
        result = user_code.analyze_circuit(a, b)
        expected = np.linalg.solve(a, b)
        _dynamic_test(
            self,
            isinstance(result, np.ndarray) and np.allclose(result, expected),
            "Returns correct solution for sample input.",
            f"Expected {expected}, got {result}.",
        )

    def test_other_unique_solution(self):
        import user_code
        importlib.reload(user_code)
        a = np.array([[4, 1], [2, 3]])
        b = np.array([9, 13])
        result = user_code.analyze_circuit(a, b)
        expected = np.linalg.solve(a, b)
        _dynamic_test(
            self,
            isinstance(result, np.ndarray) and np.allclose(result, expected),
            "Returns correct solution for another 2x2 system.",
            f"Expected {expected}, got {result}.",
        )

    def test_zero_rhs(self):
        import user_code
        importlib.reload(user_code)
        a = np.array([[5, -1], [2, 3]])
        b = np.zeros(2)
        result = user_code.analyze_circuit(a, b)
        expected = np.linalg.solve(a, b)
        _dynamic_test(
            self,
            isinstance(result, np.ndarray) and np.allclose(result, expected),
            "Returns correct solution when b contains zeros.",
            f"Expected {expected}, got {result}.",
        )

    def test_shape_and_type(self):
        import user_code
        importlib.reload(user_code)
        a = np.array([[1, 2], [3, 4]])
        b = np.array([5, 6])
        result = user_code.analyze_circuit(a, b)
        _dynamic_test(
            self,
            isinstance(result, np.ndarray) and result.shape == (2,),
            "Returns NumPy array of correct shape.",
            f"Result shape/type incorrect: {result}",
        )

def _dynamic_test(test_case, condition, success_message, failure_message):
    if condition:
        test_case._testMethodName = success_message
        test_case.assertTrue(True, success_message)
    else:
        test_case._testMethodName = failure_message
        test_case.fail(failure_message)

def normalize_text(text):
    text = text.lower()
    text = re.sub(r"\s{2,}", " ", text)
    text = re.sub(r"\s*([,:?])\s*", r"\1 ", text)
    return text.strip()

def change_var(code: str, var_name: str, value: str) -> str:
    tree = ast.parse(code)
    lines = code.splitlines()
    for i, node in enumerate(tree.body):
        if isinstance(node, ast.Assign):
            for target in node.targets:
                if isinstance(target, ast.Name) and target.id == var_name:
                    start_line = node.lineno - 1
                    line = lines[start_line]
                    indent = ' ' * (len(line) - len(line.lstrip()))
                    lines[start_line] = f"{indent}{var_name} = {value}"
                    next_line = len(lines)
                    for next_node in tree.body[i+1:]:
                        if hasattr(next_node, 'lineno'):
                            next_line = next_node.lineno - 1
                            break
                    if next_line > start_line + 1:
                        lines[start_line+1:next_line] = []
                    
                    return '\\n'.join(lines)
    return code

if __name__ == "__main__":
    unittest.main()


test_main.py

Ein umfassender Kurs, der für Studierende mit fundierten Mathematikkenntnissen und fortgeschrittenen Python-Kenntnissen konzipiert ist und sich auf die Nutzung von SciPy für wissenschaftliches Rechnen, Optimierung, Integration und fortgeschrittene mathematische Operationen konzentriert.

Erkunden Sie die Struktur, Kernmodule und wesentlichen Funktionen von SciPy für wissenschaftliches Rechnen.

Tauchen Sie ein in die leistungsstarken linearen Algebra-Funktionen von SciPy zur Lösung realer mathematischer Probleme.

Beherrschung von Optimierungstechniken und Nullstellenalgorithmen mit SciPy für wissenschaftliche und technische Fragestellungen.

Erkunden Sie fortgeschrittene mathematische Operationen wie Integration, Interpolation und grundlegende Signalverarbeitung mit SciPy.

Herausforderung: Lösen Linearer Gleichungssysteme

Lösung