python - 如何将变量值替换为 sympy python 中的符号矩阵？

Question

我想将变量 (A) 值替换为符号矩阵 (K_P)。完整代码如下所示，

import numpy
from sympy import symbols, Matrix,zeros,Transpose,solve

#Symbolic matrix K_P

Zc,Yc,Zg,Yg=symbols("Zc Yc Zg Yg",real=True)
A,Iz,Iy,J,kz,ky,E,G,L=symbols("A Iz Iy J kz ky E G L",real=True,positive=True)
E=10400000
G=3909800
L=5
def phi_z():
    phi_z=(12*E*Iy)/(kz*A*G*L**2)
    return phi_z
def phi_y():
    phi_y=(12*E*Iz)/(ky*A*G*L**2)
    return phi_y
K_P=zeros(6,6)
K1=Matrix(([E*A/L,0,0],[0,(12*E*Iz)/((1+phi_y())*L**3),0],[0,0,(12*E*Iy)/((1+phi_z())*L**3)]))
K2=Matrix(([G*J/L,0,0],[0,E*Iy/L,0],[0,0,E*Iz/L]))
Q1=Matrix(([0,Zg,-Yg],[-Zc,0,L/2],[Yc,-L/2,0]))
Q1_T=Transpose(Q1)
K11=K1; K12=K1*Q1; K22=Q1_T*K1*Q1+K2
K_P[0:3,0:3]=K11; K_P[0:3,3:6]=K12; K_P[3:6,3:6]=K22

#Converting Upper triangular stiffness matrix to Symmetric stiffness matrix           
for i in range(0,6):           
    for j in range(0,6):
        K_P[j,i]=K_P[i,j]
#Known K matrix using which all the unknown variables in K_P matrix need to be found out
K=numpy.matrix([[15704000, 0,0,0,0,2605293.6], [0, 321226.4,0,0,0,803066.2],[0, 0,321226.4,0,-803066.2,0],[0, 0,0,15482808,0,0],[0, 0,-803066.2,0,64407665.5,0],[2605293.6, 803066.2,0,0,0,64839883.7]])

#Solving for A
A=solve(K_P[0,0]-K[0,0],A); print("Value of A: ",A)
#Solving for Iz
Iz=solve(K_P[1,1]-K[1,1],Iz); print("Value of Iz: ",Iz)
Value of Iz:  [1817.83770032051*A*ky/(5650.0*A*ky - 2321.0)]

#A value found out is not updated into the matrix K_P. How to substitute A into matrix K_P?

K_P=K_P.subs({"A":A})
print("Value of Iz: ",Iz) 
Value of Iz:  [1817.83770032051*A*ky/(5650.0*A*ky - 2321.0)]#again A value is not assigned.

我尝试使用 K_P.subs({"A":A}) 但 A 值未更新到矩阵中。我正在执行一项任务，将 (K_P) 矩阵中的未知符号单元格值与矩阵 (K) 中的已知单元格值进行比较，以求解 sympy 符号列表中列出的未知参数。如果我找到一个值，比如 A，那么该值应该更新为 K_P 矩阵，以便我解决其他未知符号。我怎样才能快速有效地做到这一点？

Answer 1

使用字典作为 sympy subs method 的参数，键必须是 sympy 符号，而不是字符串。

我对您的代码做了一些更改以使其工作:

• solve 返回一个包含单个元素的列表，因此通过使用 [0] 索引返回值来提取该元素。
• 不要重新定义变量A。相反，将数值分配给新变量 Aval。
• 使用两个参数 A 和 Aval 调用 subs 方法。

所以相关行现在看起来像:

Aval = solve(K_P[0,0] - K[0,0], A)[0]
K_P = K_P.subs(A, Aval)

最后一行也可以使用以 A 为键，以 Aval 为对应值的字典来编写:

K_P = K_P.subs({A: Aval})