Python NumPyのemath.sqrt()を使って負の値の平方根を計算する方法

負の数を含む入力値の平方根を計算したい場合、Python NumPyが提供する scimath.sqrt() メソッド（別名 np.emath.sqrt()）を使用します。このメソッドは引数 x の平方根を返し、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します。パラメータ x には入力値を指定し、負の要素が含まれる場合は自動的に複素数の値が返されるのが特徴です。

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。ここでは正と負の値が混在した配列を用意します。

arr = np.array([1, -4, -9, 16, -25, 36])

作成した配列を表示してみましょう。

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)

続いて、配列のデータ型を確認します。

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

さらに、配列の形状も確認しておきましょう。

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

最後に、入力値の平方根を計算するために scimath.sqrt() メソッドを使用します。このメソッドは x の平方根を返し、x がスカラーならスカラーを、配列なら配列を結果として返します。

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

サンプルコード

import numpy as np

# array()メソッドを使ってNumPy配列を作成
arr = np.array([1, -4, -9, 16, -25, 36])

# 配列を表示
print("Our Array...\n",arr)

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

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

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

# scimath.sqrt()メソッドで平方根を計算
print("\nResult...\n",np.emath.sqrt(arr))

実行結果

Our Array...
[ 1 -4 -9 16 -25 36]

Dimensions of our Array...
1

Datatype of our Array object...
int64

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

Result...
[1.+0.j 0.+2.j 0.+3.j 4.+0.j 0.+5.j 6.+0.j]

このように、通常の np.sqrt() では負の値に対して NaN が返されるところ、np.emath.sqrt() を使えば負の入力要素に対して自動的に複素数へ変換され、正しく平方根を求めることができます。実部と虚部を持つ複素数型（complex）の結果が得られるため、信号処理や数学的な計算において負の数を扱う際に非常に便利です。