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[已解决]关于sympy和numpy的使用问题：can't convert expression to float

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xxfholic
发表于 2020-4-16 16:25:52 | 显示全部楼层 |阅读模式

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问题描述：本人Python初学者，最近在完成老师所写的大作业，写了一段代码，发现在使用numpy数组时在  M[]  处出现can't convert expression to float的错误，希望大佬斧正，如果顺便帮我检查有没有其他错误就更好了，跪谢！

  1. 传递矩阵法
  2. import numpy as np
  3. import sympy as sym

  5. E = 2.06e11
  6. I = np.array([
  7.     0.08, 0.08, 0.08, 0.08, 0.08, 0.08, 0.08, 0.08, 0.08
  8. ])
  9. d = np.array([
  10.     0.025, 0.025, 0.025, 0.025, 0.025, 0.025, 0.025, 0.025, 0.025
  11. ])
  12. m = np.array([
  13.     0.308, 0.308, 9.21, 0.308, 0.308, 0.308, 0.308, 0.308, 0
  14. ])
  15. Id = np.array([
  16.     0, 0, 0.03196, 0, 0, 0, 0, 0, 0
  17. ])
  18. Io = np.array([
  19.     0, 0, 0.06392, 0, 0, 0, 0, 0, 0
  20. ])
  21. J = np.array([
  22.     1.917e-8 ,1.917e-8 ,1.917e-8 ,1.917e-8 ,1.917e-8 ,1.917e-8 ,1.917e-8 ,1.917e-8 ,1.917e-8
  23. ])


  26. L = np.zeros([9,4,4])
  27. for i in np.arange(0,9):
  28.     L[i] = np.array([
  29.         [ 1 , I[i], I[i]**2/2/E/J[i], I[i]**3/6/E/J[i] ],
  30.         [ 0, 1, I[i]/E/J[i], I[i]**2/2/E/J[i] ],
  31.         [ 0, 0, 1, I[i] ],
  32.         [ 0, 0, 0, 1 ]
  33.     ])

  35. w = sym.symbols('w')

  37. M = np.zeros([9,4,4])
  38. for i in np.arange(0,9):
  39.     if i <= 1 or i >= 3:
  40.         M[i] = np.array([
  41.             [ 1, 0, 0, 0 ],
  42.             [ 0, 1, 1, 0 ],
  43.             [ 0, 0, 1, 0 ],
  44.             [ m[i]*w**2, 0, 0, 1 ]
  45.         ])
  46.     else:
  47.         M[i] = np.array([
  48.             [ 1, 0, 0, 0],
  49.             [ 0, 1, 0, 0 ],
  50.             [0, (Io[i]/Id[i]-1)*Id[i]*w**2, 1, 0 ],
  51.             [ m[i]*w**2, 0, 0, 1 ]
  52.         ])

  54. #print(M)
  55. H = np.zero([4,4])
  56. for i in np.arange(0,9):
  57.     H[i] *= M[i] * L[i]

  59. h12, h14, h34, h32 = H[1,2], H[1,4], H[3,4], H[3,2]
  60. delta = h12 * h34 - h14 * h32

  62. sym.solve(delta-w,w)
  63. print(w)
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永恒的蓝色梦想
2020-4-17 18:32:36
  1. m = np.array([
  2.     0.308, 0.308, 9.21, 0.308, 0.308, 0.308, 0.308, 0.308, 0
  3. ])
复制代码
  1. w = sym.symbols('w')
复制代码
  1. M[i] = np.array([
  2.             [ 1, 0, 0, 0 ],
  3.             [ 0, 1, 1, 0 ],
  4.             [ 0, 0, 1, 0 ],
  5.             [ m[i]*w**2, 0, 0, 1 ]
  6.         ])
复制代码
跨库调用，有点NB

不是什么库都兼容的啊
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xxfholic
 楼主| 发表于 2020-4-16 16:27:21 | 显示全部楼层
附上原来的MATLAB代码
  1. %Rotor critical speed calculation 转子临界转速计算
  2. %*****************************************************************************
  3. %转子数据
  4. E=2.06e11;%轴的弹性模量 N/m2
  5. l=[0.08,0.08,0.08,0.08,0.08,0.08,0.08,0.08,0.08];%轴总长为 72cm,分成 9 段每段的长度相等都是 0.08m
  6. d=[0.025,0.025,0.025,0.025,0.025,0.025,0.025,0.025,0.025];%轴的直径 m
  7. m=[0.308,0.308,9.21,0.308,0.308,0.308,0.308,0.308,0];%各段的质量
  8. Id=[0,0,0.03196,0,0,0,0,0,0];% 直 径 转 动 惯 量 kg*m2
  9. Io=[0,0,0.06392,0,0,0,0,0,0];%极转动惯量
  10. J=[1.917e-8,1.917e-8,1.917e-8,1.917e-8,1.917e-8,1.917e-8,1.917e-8,1.917e-8,1.917e-8];%J 为各段面积惯性矩，J=pi*d^4/64
  11. % E=2.06e7 %轴的弹性模量 N/cm2
  12. % l=[8,8,8,8,8,8,8,8,8];%轴总长为 72cm,分成 9 段每段的长度相等都是 8cm
  13. % d=[2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5,2.5];%轴的直径
  14. % m=[0.308,0.308,9.21,0.308,0.308,0.308,0.308,0.308,0];%各段的质量
  15. % Id=[0,0,319.6,0,0,0,0,0,0];%直径转动惯量
  16. % Io=[0,0,639.2,0,0,0,0,0,0];%极转动惯量
  17. % J=[1.917,1.917,1.917,1.917,1.917,1.917,1.917,1.917,1.917];%J 为各段面积惯性矩，J=pi*d^4/64
  18. %*****************************************************************************
  19. %1-9 段的传递矩阵 L clc
  20. L=cell(1,9);
  21. for i=1:9
  22. L{1,i}=[1,l(i),(l(i))^2/(2*E*J(i)),(l(i))^3/(6*E*J(i));
  23. 0,        1,        l(i)/(E*J(i)),        (l(i))^2/(2*E*J(i));
  24. 0,        0,        1,        l(i);
  25. 0,        0,        0,        1];
  26. end
  27. %1-9 站的传递矩阵 M M=cell(1,9);
  28. syms w;

  30. for i=1:9

  32. if i<=2||i>=4
  33. M{1,i}=[1,        0,        0,        0;
  34. 0,        1,        0,        0;
  35. 0,        0,        1,        0;
  36. m(i)*w^2,        0,        0,        1];
  37. else
  38. M{1,i}=[1,        0,        0,        0;
  39. 0,        1,        0,        0;
  40. 0, ((Io(i)/Id(i))-1)*Id(i)*w^2, 1,        0;
  41. m(i)*w^2,        0,        0,        1];
  42. end
  43. end
  44. %*****************************************************************************
  45. %传递矩阵计算
  46. %左右两端的边界条件,转子两边看成是是简支的
  47. % BJ9=[0,Seta9,0,Q9];
  48. % BJ0=[0,Seta0,0,Q0];
  49. % BJ9=M{1,9}*L{1,9}*M{1,8}*L{1,8}*M{1,7}*L{1,7}*M{1,6}*L{1,6}*M{1,5}*L{1,5}
  50. % *M{1,4}*L{1,4}*M{1,3}*L{1,3}*M{1,2}*L{1,2}*M{1,1}*L{1,1}*BJ0
  51. H4x4=M{1,9}*L{1,9}*M{1,8}*L{1,8}*M{1,7}*L{1,7}*M{1,6}*L{1,6}*M{1,5}*L{1,5}*...
  52. M{1,4}*L{1,4}*M{1,3}*L{1,3}*M{1,2}*L{1,2}*M{1,1}*L{1,1}; h12=H4x4(1,2);h14=H4x4(1,4);h32=H4x4(3,2);h34=H4x4(3,4);
  53. %采用作图法，根据传递矩阵法的原理，画出Δ随Ω（轴的转速）
  54. %变化的曲线，曲线与Δ=0 时的水平轴交点频率就为临界转速。
  55. Drta=h12*h34-h14*h32;
  56. % w=200:1:1600;
  57. % plot(w,subs(Drta,w))%作图观察第一阶临界转速的变化趋势和 Drta=0 轴的交点
  58. %        xlabel('转速/rad/s','FontSize',10.5);ylabel('Δ值','FontSize',10.5);
  59. % grid on
  60. %*****************************************************************************
  61. % a=subs(Drta,w)
  62. % Drta=vpa(a)

  64. %采用试凑法，选定一系列的w 值，代入 Drta 式子中进行计算，得到一系列的 Drta 值，当Drta 值满足一定的
  65. %的精度时就可以认为此时的 W 值为临界转数。
  66. for w=200:1:400
  67. a=subs(Drta,w);
  68. if        a>=-0.01&&a<=0.001%计算精度的选取很重要，精度不能太小，否则得不到准确结果w1cor=w
  69. break
  70. end
  71. end
  72. %注意利用传递矩阵发计算转子的临界速度对 MATLAB 的计算精度有一定的要求，所以在计
  73. %算中一定要采用双精度数，且各个计算物理量都要采用国际单位,才能得到正确的临界转数
  74. %*****************************************************************************
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xxfholic
 楼主| 发表于 2020-4-16 22:48:50 | 显示全部楼层
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xxfholic
 楼主| 发表于 2020-4-17 18:04:24 | 显示全部楼层
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永恒的蓝色梦想
发表于 2020-4-17 18:32:36 | 显示全部楼层    本楼为最佳答案   
  1. m = np.array([
  2.     0.308, 0.308, 9.21, 0.308, 0.308, 0.308, 0.308, 0.308, 0
  3. ])
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  1. w = sym.symbols('w')
复制代码
  1. M[i] = np.array([
  2.             [ 1, 0, 0, 0 ],
  3.             [ 0, 1, 1, 0 ],
  4.             [ 0, 0, 1, 0 ],
  5.             [ m[i]*w**2, 0, 0, 1 ]
  6.         ])
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不是什么库都兼容的啊
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xxfholic
 楼主| 发表于 2020-4-17 19:39:47 | 显示全部楼层
永恒的蓝色梦想 发表于 2020-4-17 18:32
跨库调用，有点NB

不是什么库都兼容的啊

我也是想过这个问题，可是如果用Python的话，还能有别的办法去解决这个问题吗？谢谢大佬指点！
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永恒的蓝色梦想
发表于 2020-4-17 21:22:39 | 显示全部楼层
xxfholic 发表于 2020-4-17 19:39
我也是想过这个问题，可是如果用Python的话，还能有别的办法去解决这个问题吗？谢谢大佬指点！

你可倒是把题目放出来啊
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