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第1章 软件包的安装和介绍1

1.1 Python简介1

1.2安装软件包2

1.2.1 Python（x，y）2

1.2.2 Enthought Python Distribution（PPD）3

1.3方便的开发工具3

1.3.1 IPython4

1.3.2 Spyder8

1.3.3 Wing IDE 10112

1.4函数库介绍13

1.4.1数值计算库13

1.4.2符号计算库14

1.4.3界面设计14

1.4.4绘图与可视化14

1.4.5图像处理和计算机视觉15

第2章 NumPy——快速处理数据16

2.1 ndarray对象16

2.1.1创建数组16

2.1.2存取元素21

2.1.3多维数组24

2.1.4结构数组29

2.1.5内存结构32

2.2 ufunc运算35

2.2.1四则运算37

2.2.2比较和布尔运算39

2.2.3自定义ufunc函数40

2.2.4广播42

2.2.5 ufunc函数的方法46

2.3多维数组的下标存取48

2.3.1下标对象48

2.3.2整数数组作为下标49

2.3.3一个复杂的例子51

2.3.4布尔数组作为下标53

2.4庞大的函数库54

2.4.1求和、平均值、方差54

2.4.2最值和排序55

2.4.3多项式函数57

2.4.4分段函数60

2.4.5统计函数62

2.5线性代数65

2.5.1各种乘积运算65

2.5.2解线性方程组67

2.6掩码数组69

2.7文件存取72

2.8内存映射数组75

第3章 Scipy——数值计算库79

3.1常数和特殊函数79

3.2优化——optimize81

3.2.1最小二乘拟合81

3.2.2函数最小值84

3.2.3非线性方程组求解86

3.3插值——interpolate88

3.3.1 B样条曲线插值88

3.3.2外推和Spline拟合90

3.3.3二维插值91

3.4数值积分——integrate93

3.4.1球的体积93

3.4.2解常微分方程组95

3.5信号处理——signal97

3.5.1中值滤波97

3.5.2滤波器设计98

3.6图像处理——ndimage100

3.6.1膨胀和腐蚀101

3.6.2 Hit和Miss102

3.7统计——stats105

3.7.1连续和离散概率分布105

3.7.2二项、泊松、伽玛分布108

3.8嵌入C语言程序weave112

第4章 SymPy——符号运算好帮手115

4.1从例子开始115

4.1.1封面上的经典公式115

4.1.2球体体积117

4.2数学表达式119

4.2.1符号119

4.2.2数值121

4.2.3运算符和函数122

4.3符号运算125

4.3.1表达式变换和化简125

4.3.2方程128

4.3.3微分129

4.3.4微分方程130

4.3.5积分131

4.4其他功能133

4.4.1平面几何133

4.4.2绘图135

第5章 matplotlib——绘制精美的图表139

5.1快速绘图139

5.1.1使用pyplot模块绘图139

5.1.2以面向对象方式绘图142

5.1.3配置属性143

5.1.4绘制多个子图145

5.1.5配置文件147

5.1.6在图表中显示中文149

5.2 Artist对象152

5.2.1 Artist对象的属性154

5.2.2 Figure容器155

5.2.3 Axes容器156

5.2.4 Axis容器159

5.2.5 Artist对象的关系163

5.3坐标变换和注释164

5.3.1 4种坐标系167

5.3.2坐标变换的步骤169

5.3.3制作阴影效果173

5.3.4添加注释174

5.4绘图函数简介177

5.4.1对数坐标图177

5.4.2极坐标图178

5.4.3柱状图179

5.4.4散列图180

5.4.5图像181

5.4.6等值线图184

5.4.7三维绘图187

第6章 Traits——为Python添加类型定义190

6.1开发背景190

6.2 Trait属性的功能192

6.3 Trait类型对象196

6.4 Trait的元数据198

6.5预定义的Trait类型200

6.6 Property属性204

6.7 Trait属性监听206

6.8 Event和Button属性210

6.9 Trait属性的从属关系211

6.10动态添加Trait属性213

6.11创建自己的Trait类型215

6.11.1从TraitType继承215

6.11.2使用Trait（）217

6.11.3定义TraitHandler类219

第7章 TraitsUI——轻松制作用户界面221

7.1默认界面221

7.2用View定义界面222

7.2.1外部视图和内部视图222

7.2.2多模型视图226

7.2.3 Group对象228

7.2.4配置视图231

7.3用Handler控制界面和模型232

7.3.1用Handler处理事件233

7.3.2 Controller和UIInfo对象237

7.3.3响应Trait属性的事件238

7.4属性编辑器240

7.4.1编辑器演示程序241

7.4.2对象编辑器243

7.4.3字符串列表编辑器248

7.4.4对象列表编辑器250

7.5菜单、工具条和状态栏252

7.6设计自己的编辑器255

7.6.1 Trait编辑器的工作原理255

7.6.2制作matplotlib的编辑器259

7.6.3 CSV数据绘图工具262

第8章 Chaco——交互式图表264

8.1面向脚本绘图264

8.2面向应用绘图265

8.2.1多条曲线267

8.2.2 Plot对象的结构271

8.2.3编辑绘图属性275

8.2.4容器（Container）276

8.3添加交互工具279

8.3.1平移和缩放279

8.3.2选取范围282

8.3.3选取数据点284

8.3.4套索工具287

8.4二次开发289

8.4.1用Kiva库在数组上绘图290

8.4.2 Enable库的组件292

8.4.3设计圆形选择工具297

8.4.4制作动画演示301

第9章 TVTK——数据的三维可视化303

9.1流水线（Pipeline）304

9.1.1显示圆锥304

9.1.2用ivtk观察流水线307

9.2数据集（Dataset）313

9.2.1 ImageData313

9.2.2 RectilinearGrid318

9.2.3 StructuredGrid319

9.2.4 PolyData321

9.3可视化实例324

9.3.1切面325

9.3.2等值面330

9.3.3流线333

9.4 TVTK的改进337

9.4.1 TVTK的基本用法338

9.4.2 Trait属性339

9.4.3序列化（Pickling）339

9.4.4集合迭代340

9.4.5数组操作341

第10章 Mayavi——更方便的可视化343

10.1用mlab快速绘图343

10.1.1点和线343

10.1.2 Mayavi的流水线345

10.1.3二维图像的可视化348

10.1.4网格面352

10.1.5修改和控制流水线356

10.1.6标量场358

10.1.7矢量场361

10.2 Mayavi和TVTK之间的关系363

10.2.1显示TVTK流水线363

10.2.2两条流水线之间的关系365

10.3 Mayavi应用程序367

10.3.1操作流水线368

10.3.2命令行和对象浏览器371

10.4将Mayavi嵌入到界面中374

第11章 VPython——制作3D演示动画378

11.1场景、物体和照相机378

11.1.1控制场景窗口380

11.1.2控制照相机383

11.1.3模型的属性384

11.1.4三维模型387

11.2制作动画演示390

11.2.1简单动画390

11.2.2盒子中反弹的球391

11.3与场景交互393

11.3.1响应键盘事件394

11.3.2响应鼠标事件394

11.4用界面控制场景397

11.5创建复杂模型400

11.5.1 faces0的用法400

11.5.2读入模型数据402

第12章 OpenCV——图像处理和计算机视觉408

12.1存储图像数据的Mat对象409

12.1.1 Mat对象和NumPy数组410

12.1.2像素点类型414

12.1.3其他数据类型415

12.1.4 Vector类型417

12.1.5在图像上绘图418

12.2图像处理421

12.2.1二维卷积421

12.2.2形态学运算424

12.2.3填充——floodFilt426

12.2.4去瑕疵——inpaint427

12.3图像变换428

12.3.1几何变换428

12.3.2重映射——remap430

12.3.3直方图统计433

12.3.4二维离散傅立叶变换437

12.4图像识别440

12.4.1用霍夫变换检测直线和圆440

12.4.2图像分割444

12.4.3用SURF进行特征匹配450

第13章 数据和文件453

13.1声音的输入输出453

13.1.1读写WAV文件453

13.1.2用pyAudio播放和录音456

13.2视频的输入输出459

13.2.1读写视频文件459

13.2.2安装视频编码464

13.3读写HDF5文件465

13.4读写Excel文件469

13.4.1写Excel文件469

13.4.2读Excel文件471

第14章 数字信号系统473

14.1 FIR和IIR滤波器473

14.2 FIR滤波器设计477

14.2.1用firwin（）设计滤波器479

14.2.2用remez（）设计滤波器481

14.2.3滤波器的级联483

14.3 IIR滤波器设计485

14.3.1巴特沃斯低通滤波器485

14.3.2双线性变换487

14.3.3滤波器的频带转换490

14.4数字滤波器的频率响应494

14.5二次均衡滤波器设计工具497

14.6零相位滤波器500

14.7重取样501

第15章 频域信号处理505

15.1 FFT演示程序505

15.1.1 FFT知识复习505

15.1.2合成时域信号509

15.1.3三角波FFT演示程序511

15.2观察信号的频谱512

15.2.1窗函数515

15.2.2频谱平均517

15.2.3谱图519

15.3卷积运算522

15.3.1快速卷积522

15.3.2分段运算524

15.4信号处理526

15.4.1基本框架527

15.4.2频域滤波器528

15.4.3频率变调处理530

15.4.4用谱图差减法降噪531

15.5 Hilbert变换532

第16章 用C语言提高计算效率537

16.1用ctypes调用DLL库537

16.2用Weave嵌入C++程序541

16.2.1 Weave的工作原理541

16.2.2处理NumPy数组543

16.2.3使用blitz（）提速546

16.2.4扩展模块548

16.3用Cython将Python编译成C549

16.3.1编译Cython程序549

16.3.2提高计算效率550

16.3.3快速访问NumPy数组553

16.4用SWIG创建扩展模块555

16.4.1 SWIG的调用方法和实例555

16.4.2 SWIG基础558

16.4.3 SWIG处理NumPy数组566

第17章 自适应滤波器571

17.1自适应滤波器简介571

17.1.1系统识别571

17.1.2信号预测572

17.1.3信号均衡572

17.2 NLMS计算公式573

17.3用NumPy实现NLMS算法575

17.3.1系统辨识模拟577

17.3.2信号均衡模拟579

17.3.3卷积逆运算581

17.4用C语言加速NLMS运算583

17.4.1用SWIG编写扩展模块583

17.4.2用Weave嵌入C++程序586

第18章 单摆和双摆模拟588

18.1单摆模拟588

18.1.1小角度时的摆动周期589

18.1.2大角度时的摆动周期590

18.2双摆模拟592

18.2.1公式推导592

18.2.2微分方程的数值解595

18.2.3动画演示598

第19章 分形几何599

19.1 Mandelbrot集合599

19.1.1使用NumPy加速计算601

19.1.2使用Weave加速计算603

19.1.3连续的逃逸时间604

19.1.4 Mandelbrot演示程序605

19.2迭代函数系统（IFS）606

19.2.1二维仿射变换610

19.2.2迭代函数系统设计器610

19.3 L-System分形613

19.4分形山脉616

19.4.1一维中点移位法616

19.4.2二维中点移位法618

19.4.3菱形方形算法619