Pythonで最初の配列要素を2番目の配列の累乗にしたときの底を返す方法（NumPy float_power）

PythonのNumPyでは、float_power()メソッドを使うことで、最初の配列（x1）の各要素を、2番目の配列（x2）の対応する位置にある指数で累乗した結果を返すことができます。x1とx2がどちらもスカラーの場合、結果もスカラーになります。

パラメータx1は累乗の「底」、x2は「指数」を表します。x1の各要素は、x2の同じ位置にある値でべき乗されます。この計算を行うには、x1とx2がブロードキャスト可能で、同じ形状に揃えられる必要があります。

power()との違い

float_power()がpower()関数と異なる点は、整数型・float16・float32の入力が自動的に最低でもfloat64精度の浮動小数点数へ昇格されることです。そのため、結果は常に不正確（inexact）になります。これは意図的な仕様で、負のべき乗に対しても実用的な結果を返し、正のべき乗でのオーバーフローをできるだけ避けることを目的としています。

なお、負の値を非整数の値でべき乗するとnanが返される点に注意してください。複素数の結果が必要な場合は、入力をcomplex型にキャストするか、dtype引数でcomplex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

次に、底となる配列を作成します。

x1 = range(6)

底の内容を表示します。

print("The bases...\n", x1)

float_power()メソッドを使って、x1の各要素を指定した指数で累乗した結果を取得します。

print("\nResult...\n", np.float_power(x1, 2))

サンプルコード

import numpy as np

# 底となる配列
x1 = range(6)

# 底を表示
print("The bases...\n", x1)

# float_power()メソッドで累乗を計算
print("\nResult...\n", np.float_power(x1, 2))

出力結果

The bases...
range(0, 6)

Result...
[ 0.  1.  4.  9. 16. 25.]

このように、0から5までの各要素を2乗した結果が浮動小数点数の配列として返されていることがわかります。負の指数や大きな値を扱う場合でも、float64以上の精度で安全に計算できるのがfloat_power()の利点です。