使用NumPy实现cos_x_crossings函数返回cos函数x轴交叉前的x值

需求说明 #

• 函数功能：返回[begin, end]区间内按步长skip采样时，cos(x)穿过x轴前一时刻对应的x值列表
• 开发约束：禁止使用for、while循环，必须基于NumPy开发

实现思路 #

• 用NumPy的向量化操作生成指定区间内的等间隔采样数组，避免显式循环
• 计算相邻采样点cos值的乘积，乘积小于0说明两点之间cos(x)穿过x轴
• 提取所有过零点对对应的前一个采样点的x值作为结果返回

完整实现代码 #

import numpy as np
import math

def cos_x_crossings(begin, end, skip):
    # 生成[begin, end]区间等间隔采样数组，左闭右开特性补全end
x_arr = np.arange(begin, end + skip, skip)
# 计算所有采样点的cos值
cos_vals = np.cos(x_arr)
# 判断相邻点cos值乘积小于0即为过零点
cross_flag = cos_vals[:-1] * cos_vals[1:] < 0
# 提取过零点前一个时刻的x值
return x_arr[:-1][cross_flag].tolist()

测试用例验证 #

测试用例1 #

输入代码：

ans = cos_x_crossings(0, 4 * math.pi, 0.01)
for val in ans:
    print(round(val, 2))

输出与预期一致：

1.57
4.71
7.85
10.99

测试用例2 #

输入代码：

ans = cos_x_crossings(0, 2 * math.pi, 0.1)
for val in ans:
    print(round(val, 2))

输出与预期一致：

1.5
4.7

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Dreamer