PythonのNumPyでscimathを使って自然対数を計算する方法

PythonのNumPyでscimath機能を使って自然対数を計算するには、np.emath.log()メソッドを使用します。このメソッドは、引数に渡した値xの対数（log）を返します。xがスカラーであれば結果もスカラーとして、配列であれば配列として返されます。第1パラメータのxには、対数を求めたい値（または値の集合）を指定します。

np.emath.log()の大きな特徴は、通常のnp.log()ではNaNになってしまう負の値に対しても、虚部πを持つ複素数として正しい結果を返してくれる点です。そのため、無限大や負の値を含む配列でもエラーなく自然対数を計算できます。

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

次に、array()メソッドを使ってNumPy配列を作成します。ここでは、正の無限大・負の無限大・ネイピア数e・その負の値を含む配列を用意します。

arr = np.array([np.inf, -np.inf, np.exp(1), -np.exp(1)])

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)

最後に、scimathを使って自然対数を計算します。Python NumPyのnp.emath.log()メソッドを呼び出すだけです。

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

完全なコード例

import numpy as np

# array()メソッドでNumPy配列を作成
arr = np.array([np.inf, -np.inf, np.exp(1), -np.exp(1)])

# 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で自然対数を計算
print("\nResult (log)...\n",np.emath.log(arr))

実行結果

Our Array...
[ inf -inf 2.71828183 -2.71828183]

Dimensions of our Array...
1

Datatype of our Array object...
float64

Shape of our Array object...
(4,)

Result (log)...
[inf+0.j inf+3.14159265j 1.+0.j 1.+3.14159265j]

結果の解説

出力を見ると、以下のような挙動が確認できます。

• np.inf（正の無限大） → inf+0.j：対数も無限大になります。
• -np.inf（負の無限大） → inf+3.14159265j：絶対値の対数に虚部πが加わった複素数になります。
• np.exp(1)（ネイピア数e） → 1.+0.j：eの自然対数は1です。
• -np.exp(1)（-e） → 1.+3.14159265j：負の値でも複素数として log(e) + iπ が返されます。

このように、np.emath.log()を使えば、負の値や無限大を含む入力でも複素数領域に自動的に拡張して計算してくれるため、数学的な整合性を保ちながら安全に自然対数を求めることができます。