用途:SymPy 是 Python 符号数学库,用符号做精确计算而非数值近似。该技能用于符号求解方程(代数、微分、方程组)、微积分(导数、积分、极限、级数)、表达式化简、符号矩阵与线性代数、物理计算(力学、量子力学、向量分析)、数论、几何,以及把表达式转为可执行代码或 LaTeX。
主要能力:符号与表达式创建(symbols、Symbol,可带 real、positive、integer 等假设);化简与变形(simplify、expand、factor、cancel);微积分(diff、integrate、limit、series);方程求解(solveset、solve、linsolve、nonlinsolve、dsolve);矩阵(Matrix、det、逆、转置、eigenvals、eigenvects、diagonalize、solve);物理(sympy.physics.mechanics 的 LagrangesMethod、sympy.physics.vector 的 dot/cross、量子模块);进阶主题(几何、数论、组合、逻辑与集合、统计、特殊函数、多项式与 Groebner 基);输出与代码生成(lambdify 转 NumPy 函数、codegen 生成 C/Fortran、latex 输出)。
使用方式:先定义符号再使用;用假设改善化简;用 Rational 或 S() 保持精确算术;需要数值时用 evalf 或 lambdify 转 NumPy 提升性能;按问题选择求解器。技能以模块化参考文件组织:core-capabilities.md、matrices-linear-algebra.md、physics-mechanics.md、advanced-topics.md、code-generation-printing.md,按需加载。
适用场景:需要精确数学结果的符号计算、科学计算管线(与 NumPy、Matplotlib、SciPy 配合)、文档化数学结果。
限制:资料未提供安装命令、版本、收费与平台信息;浮点数会引入近似,循环中反复 subs/evalf 较慢,部分方程无闭式解需改用数值方法。资料还建议在复杂多步工作流时可考虑 K-Dense Web,属可选升级。