Python NumPyで複素数を含む配列の2を底とする対数を計算する方法（np.log2）

入力配列の2を底とする対数（log2）を求めるには、PythonのNumPyで用意されている numpy.log2() メソッドを使用します。このメソッドは、引数 x の2を底とする対数を返します。x がスカラーの場合、結果もスカラーとして返されます。

numpy.log2() の主なパラメータ

第1パラメータの x は入力値で、配列のようなオブジェクト（array-like）を指定します。

第2パラメータの out は、計算結果を格納する場所です。指定する場合は、入力がブロードキャストされる形状と一致している必要があります。省略した場合や None を指定した場合は、新しく確保された配列が返されます。タプルで指定することもできますが、その場合はキーワード引数として渡す必要があり、要素数は出力の数と一致しなければなりません。

第3パラメータの where は、条件を入力全体にブロードキャストします。条件が True の位置には ufunc の計算結果が設定され、それ以外の位置では out 配列の元の値が保持されます。なお、デフォルトの out=None によって未初期化の配列が作成された場合、条件が False となった位置の値は未初期化のまま残る点に注意してください。

実装手順

まず、必要なライブラリをインポートします。

import numpy as np

array() メソッドを使って複素数を含む配列を作成します。

arr = np.array([0+1.j, 1, 2+0.j])

配列の内容を表示します。

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

配列のデータ型を確認します。

print("\nOur Array type...\n", arr.dtype)

配列の次元数を確認します。

print("\nOur Array Dimension...\n", arr.ndim)

配列の形状を確認します。

print("\nOur Array Shape...\n", arr.shape)

numpy.log2() メソッドを使って、入力配列の各要素に対する2を底とする対数を計算して表示します。

print("\nResult...\n", np.log2(arr))

サンプルコード

import numpy as np

# array() メソッドで配列を作成
arr = np.array([0+1.j, 1, 2+0.j])

# 配列を表示
print("Array...\n", arr)

# データ型を表示
print("\nOur Array type...\n", arr.dtype)

# 次元数を表示
print("\nOur Array Dimension...\n", arr.ndim)

# 形状を表示
print("\nOur Array Shape...\n", arr.shape)

# numpy.log2() で2を底とする対数を計算
# x がスカラーの場合、結果もスカラーとして返される
print("\nResult...\n", np.log2(arr))

実行結果

Array...
[0.+1.j 1.+0.j 2.+0.j]

Our Array type...
complex128

Our Array Dimension...
1

Our Array Shape...
(3,)

Result...
[0.+2.26618007j 0.+0.j 1.+0.j ]

このように、np.log2() は complex128 型の複素数配列にも対応しており、虚部を含む値に対しても正しく対数計算を行うことができます。数値解析や信号処理など、複素数を扱う場面で非常に便利な関数です。