In veel wetenschappelijke en technische toepassingen is het vaak nodig om de oppervlakte onder een kromme te berekenen wanneer er geen exacte formule voor de integraal beschikbaar is. Dit komt vaak voor in praktijksituaties, zoals het bepalen van de totale afgelegde afstand van een object wanneer de snelheid op verschillende tijdstippen bekend is, maar er geen eenvoudige vergelijking voor het traject bestaat. Numerieke integratie kan worden gebruikt om deze oppervlakte efficiënt te benaderen met de functie `scipy.integrate.quad` van SciPy.


import unittest
import user_code
import ast
import re   
import unittest
import importlib
import math

class TestTask(unittest.TestCase):
    def test_total_distance_0_to_5(self):
        import user_code
        importlib.reload(user_code)
        result = user_code.total_distance_traveled(0, 5)
        # Analytical integral: int(3t^2+2t+1) dt from 0 to 5 = [t^3 + t^2 + t] from 0 to 5 = (125+25+5)-(0) = 155
        expected = 155.0
        _dynamic_test(
            self,
            math.isclose(result, expected, rel_tol=1e-6),
            "Correct total distance for interval [0, 5]",
            f"Expected {expected}, got {result} for [0, 5]",
        )

    def test_total_distance_2_to_8(self):
        import user_code
        importlib.reload(user_code)
        result = user_code.total_distance_traveled(2, 8)
        # int(3t^2+2t+1) dt = [t^3 + t^2 + t] from 2 to 8
        # At 8: 512 + 64 + 8 = 584
        # At 2: 8 + 4 + 2 = 14
        expected = 584 - 14
        _dynamic_test(
            self,
            math.isclose(result, expected, rel_tol=1e-6),
            "Correct total distance for interval [2, 8]",
            f"Expected {expected}, got {result} for [2, 8]",
        )

    def test_total_distance_same_limits(self):
        import user_code
        importlib.reload(user_code)
        result = user_code.total_distance_traveled(3, 3)
        expected = 0.0
        _dynamic_test(
            self,
            math.isclose(result, expected, rel_tol=1e-12),
            "Returns zero when start_time == end_time",
            f"Expected 0.0, got {result} for [3, 3]",
        )

    def test_total_distance_reversed_limits(self):
        import user_code
        importlib.reload(user_code)
        result = user_code.total_distance_traveled(5, 0)
        # Should be negative of [0,5] case
        expected = -155.0
        _dynamic_test(
            self,
            math.isclose(result, expected, rel_tol=1e-6),
            "Returns negative distance for reversed interval",
            f"Expected {expected}, got {result} for [5, 0]",
        )

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

Een uitgebreide cursus ontworpen voor studenten met een sterke wiskundige achtergrond en gemiddelde tot gevorderde Python-vaardigheden, gericht op het benutten van SciPy voor wetenschappelijk rekenen, optimalisatie, integratie en geavanceerde wiskundige bewerkingen.

Verken de structuur, kernmodules en essentiële functies van SciPy voor wetenschappelijk rekenen.

Duik in de krachtige lineaire algebra mogelijkheden van SciPy voor het oplossen van wiskundige problemen uit de praktijk.

Beheers optimalisatietechnieken en algoritmen voor het vinden van nulpunten met behulp van SciPy voor wetenschappelijke en technische vraagstukken.

Verken geavanceerde wiskundige bewerkingen, waaronder integratie, interpolatie en basis signaalverwerking met SciPy.

Uitdaging: Oppervlakte Onder een Kromme

Oplossing