Python NumPyのscimath.log10()で10を底とする対数（常用対数）を計算する方法

PythonのNumPyでは、np.emath.log10() メソッド（旧称：scimath.log10）を使用することで、10を底とする対数（常用対数）を計算できます。このメソッドは、入力した値 x の各要素に対する常用対数を返し、引数としてスカラーを渡せばスカラーを、配列を渡せば配列オブジェクトを結果として返します。

np.emath.log10() の最大の特徴は、負の値を含む入力にも対応できる点です。通常の numpy.log10() は実数 x が 0 未満の場合に NaN を返しますが、emath版はその場合に複素数の主値を返します。ただし、x = 0 のときに -inf を、x = inf のときに inf を返すといった挙動は両者で共通しています。第1パラメータの x には、対数を求めたい値または値の配列を指定します。

手順

まず、必要なライブラリをインポートします。

import numpy as np

array() メソッドを使ってNumPy配列を作成します。ここでは正と負の値が混在する配列を用意します。

arr = np.array([10**1, -10**1, -10**2, 10**2, -10**3, 10**3])

作成した配列を表示します。

print("Our Array...\n",arr)

配列の次元数を確認します。

print("\nDimensions of our Array...\n",arr.ndim)

配列のデータ型を取得します。

print("\nDatatype of our Array object...\n",arr.dtype)

配列の形状を取得します。

print("\nShape of our Array object...\n",arr.shape)

scimath（emath）を使って10を底とする対数を計算するには、np.emath.log10() メソッドを使用します。

print("\nResult (log10)...\n",np.emath.log10(arr))

サンプルコード

import numpy as np

# array() メソッドでNumPy配列を作成
arr = np.array([10**1, -10**1, -10**2, 10**2, -10**3, 10**3])

# 配列を表示
print("Our Array...\n",arr)

# 次元数を確認
print("\nDimensions of our Array...\n",arr.ndim)

# データ型を取得
print("\nDatatype of our Array object...\n",arr.dtype)

# 形状を取得
print("\nShape of our Array object...\n",arr.shape)

# scimath.log10() メソッドで10を底とする対数を計算
print("\nResult (log10)...\n",np.emath.log10(arr))

実行結果

Our Array...
[ 10 -10 -100 100 -1000 1000]

Dimensions of our Array...
1

Datatype of our Array object...
int64

Shape of our Array object...
(6,)

Result (log10)...
[1.+0.j 1.+1.36437635j 2.+1.36437635j 2.+0.j
3.+1.36437635j 3.+0.j ]

実行結果を見ると、正の値（10、100、1000）に対しては通常の対数計算と同じく 1.+0.j、2.+0.j、3.+0.j という実数の結果が返されています。一方、負の値（-10、-100、-1000）に対しては虚部を持つ複素数（例：1.+1.36437635j）が返されており、エラーやNaNにならずに計算が完了していることがわかります。このように、np.emath.log10() を使えば、負の値を含むデータでも例外を発生させることなく対数計算を処理できます。