エラーの解決、条件によって中身が変化する関数を作りたい ValueError:

Question

実現したいこと

計算処理を行いたい、が初心者なのでエラーをどう解決するべきなのかがわからない

前提

x=v/v_c の値で条件によりA(v/v_c)の関数が（Ｆ、Ｇ、Ｈ）変更するようにしたいけど配列をそのまま渡してしまうからany(),all()って聞かれてしまう。
Ａ（ｘ）＝（G,G,G,G,F,F,F,F,F,H,H,H,H）みたく条件で変化する関数を作りたい

発生している問題・エラーメッセージ

---------------------------------------------------------------------------
ValueError                                Traceback (most recent call last)
<ipython-input-51-903ba0a3dfc3> in <module>
     60         def P2(v):
     61             return P(v)*ndgdb
---> 62         np.savetxt("{}/P_{}_{}_g^-{}B^-{}_g10^0-4_B10^0-4.txt".format(date,j,k,p,q),P2(v))
     63 

<ipython-input-51-903ba0a3dfc3> in P2(v)
     59             y[l]=P(v[l])
     60         def P2(v):
---> 61             return P(v)*ndgdb
     62         np.savetxt("{}/P_{}_{}_g^-{}B^-{}_g10^0-4_B10^0-4.txt".format(date,j,k,p,q),P2(v))
     63 

<ipython-input-51-903ba0a3dfc3> in P(v)
     54         v_c=3*g**2*Q*B*sin_pa/(2*m*c*(2*np.pi))
     55         def P(v):
---> 56             return (np.sqrt(3)*Q**3*B*sin_pa/(m*c**2))*A(v/v_c)
     57         y=np.zeros(N)
     58         for l in range(N):

<ipython-input-51-903ba0a3dfc3> in A(x)
     35 
     36 def A(x):
---> 37     if x <= 5.0*1e-3:
     38         return G(x)
     39     elif 5.0*1e-3 < x < 30:

ValueError: The truth value of an array with more than one element is ambiguous. Use a.any() or a.all()

該当のソースコード

from scipy.special import kv
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.integrate import quad
import numpy as np
import math
from math import gamma
from sympy import *
import os
from matplotlib import rc
from decimal import Decimal , ROUND_HALF_UP
from scipy.optimize import curve_fit
import seaborn as sns

import itertools

date="20231102A"

m=9.1093837015e-31 * 1000
c=299792458 * 100
Q=4.803204673e-10
pa=np.pi/2
sin_pa=np.sin(pa)
a = gamma(1/3)

xs=np.logspace(-5, 3, 10000)

f = lambda z: kv(5/3,z)

def F(x):
    return quad(f,x,np.inf)[0]*x
def G(x):
    return (4*np.pi/np.sqrt(3)/a)*(x/2)**(1/3)
def H(x):
    return ((np.pi/2)**(1/2))*(x**(1/2))*(np.exp(-x))

def A(x):
    if x <= 5.0*1e-3:
        return G(x)
    elif 5.0*1e-3 < x < 30:
        return F(x)
    else:
        return H(x)

p=2
q=3
N=(15-0)*10
v=np.logspace(0,15,N)
s = 0
for j in range(0,41):
    for k in range(0,41):
        g=10**(0.1*j)
        B=10**(0.1*k)
        ndgdb=(g**(-p))*(B**(-q))*((10**(0.1*(j+1)))-(10**(0.1*j)))*((10**(0.1*(k+1)))-(10**(0.1*k)))
        v_c=3*g**2*Q*B*sin_pa/(2*m*c*(2*np.pi))
        def P(v):
            return (np.sqrt(3)*Q**3*B*sin_pa/(m*c**2))*A(v/v_c)
        y=np.zeros(N)
        for l in range(N):
            y[l]=P(v[l])
        def P2(v):
            return P(v)*ndgdb
        np.savetxt("{}/P_{}_{}_g^-{}B^-{}_g10^0-4_B10^0-4.txt".format(date,j,k,p,q),P2(v))

試したこと

調べて、模索中
for文で逐次処理対応させられたら大丈夫かと思ったが同じようにエラーが出てしまう

import itertools
#### j k l ###

p=2
q=3
N=(15-0)*10
v=np.logspace(0,15,N)
s = 0
for j in range(0,4):
    for k in range(0,4):
        g=10**(0.1*j)
        B=10**(0.1*k)
        ndgdb=(g**(-p))*(B**(-q))*((10**(0.1*(j+1)))-(10**(0.1*j)))*((10**(0.1*(k+1)))-(10**(0.1*k)))
        v_c=3*g**2*Q*B*sin_pa/(2*m*c*(2*np.pi))
        CC=v/v_c
        Z=np.zeros(N)
        for mm in range(N):
            Z[mm]=A(CC[mm])
        np.savetxt("{}/A_C_{}_{}_g^-{}B^-{}_g10^0-4_B10^0-4.txt".format(date,j,k,p,q),A(CC))

---------------------------------------------------------------------------
ValueError                                Traceback (most recent call last)
<ipython-input-48-4af7f2999ddc> in <module>
     17         for mm in range(N):
     18             Z[mm]=A(CC[mm])
---> 19         np.savetxt("{}/A_C_{}_{}_g^-{}B^-{}_g10^0-4_B10^0-4.txt".format(date,j,k,p,q),A(CC))
     20 
     21 

<ipython-input-36-a26b605d64ec> in A(x)
      1 def A(x):
----> 2     if x <= 5.0*1e-3:
      3         return G(x)
      4     elif 5.0*1e-3 < x < 30:
      5         return F(x)

ValueError: The truth value of an array with more than one element is ambiguous. Use a.any() or a.all()

解決後の後学勉強のため
np.vectorizeを使ってみる　(np.vectorize(A)(v/v_c)だとうまく計算された)（np.vectorize(A(v/v_c))だとエラーになる

return (np.sqrt(3)*Q**3*B*sin_pa/(m*c**2))*np.vectorize(A(v/v_c))

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-56-8cbe0f1e7b70> in <module>
     57         y=np.zeros(N)
     58         for l in range(N):
---> 59             y[l]=P(v[l])
     60         def P2(v):
     61             return P(v)*ndgdb

<ipython-input-56-8cbe0f1e7b70> in P(v)
     54         v_c=3*g**2*Q*B*sin_pa/(2*m*c*(2*np.pi))
     55         def P(v):
---> 56             return (np.sqrt(3)*Q**3*B*sin_pa/(m*c**2))*np.vectorize(A(v/v_c))
     57         y=np.zeros(N)
     58         for l in range(N):

TypeError: unsupported operand type(s) for *: 'float' and 'vectorize'

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

windows 11
jupyter notebook

Answer 1

横入りですみません。 気になったので。

解決後の後学勉強のため
np.vectorizeを使ってみる　(np.vectorize(A)(v/v_c)だとうまく計算された)（np.vectorize(A(v/v_c))だとエラーになる

この疑問が出るのは関数呼び出しについての理解があいまいなためだと思います。

pythonで関数some_funcを呼び出すときには以下のように書きます。

sum_func(arg1, arg2)

このときの sum_funcとは何なのか考えたことありますか？ これは関数の名前ではありますが、実はただの変数名なのです。
pythonでは、変数名の後に「()」を付けると、それは変数に代入されている関数の呼び出しだと解釈されます。

変数の後に何か付けて解釈させるというしくみはリストや辞書でも同様です。

person['name']
person_list[10]

変数名の後に「[]」を付けるとそれは、リストや辞書からの要素の取り出しと解釈され、対応するインデックスやキーに対応する値が取り出されます。
また、この書式は連続で作用させることもできます。

p = person_list[10]
p['name]

person_list[10]['name']

上の2行と下の一行は同じ操作になります。 person_listのインデックス10の値(=辞書である想定)が取り出され、続けてその name キーの値を取り出しています。

pythoでは関数でも同様のことができます。ただし、そう書くには、上記のリストの要素が辞書であったように、関数を返す関数である必要があります。

def make_adder(n):
    def add_fun(x):
        return x + n
    return add_fun

add2 = make_adder(2)
add10 = make_adder(10)

print(add2(5))
# 7が表示される。

print(add10(5))
# 15が表示される。

make_adder()は関数を返す関数です。 引数で与えた数だけ増やした値を返す関数を作って返します。作った関数はadd2 や add10 のような変数に代入するこおｔで、defで定義したときと同じように使うことができます。
また、make_adderが返した関数をそのまま使うこともできます。

print(make_adder(8)(10)
# 18が表示される。

ここでは まず、 make_adder(8) が実行され、 **「8を足す関数」**が返されます。 その返った関数を10を引数にして呼び出しているので、 結果として18が返り、 printで表示されます。

質問の記述を見てみます。
まず、np.vectorize()関数ですが、これは関数を受け取り、その関数の引数にベクトルを使えるようにした関数を返す関数です。

質問の、np.vectorize(A(v/v_c) ですが、 これは、 np.vectorize()の引数に、 A(v/v_c)が指定されています。これは関数A()の呼び出しです。 関数Aは定義を見ると何らかの値を返す関数のようです。 そして、返った値が np.vector()に渡されます。 np.vectorizeは関数を引数に取るものですから、間違えた使いかたのように見えます。

次にnp.vectorize(A)(v/v_c) ですが、これは先に説明した 関数を2回呼び出す形です。 左側は np.vectorize(A) は、関数Aをベクトルに対応したものが返されます。 想定通りの使いかたです。 そしてその関数を v/v_c を引数にして呼び出しています。 これがベクトルであれば、想定通りの動作をすることになります。

Comments

[higasi]

丁寧な解説とても助かります。ありがとうございます。
調べながら試行錯誤していく形で進めているので、こういった詳しい解説はとてもありがたいです。
pythonという世界の広さの片鱗を味わった気がします。頑張って勉強します。
ありがとうございました。

Answer 2

def P(v):
    return (np.sqrt(3)*Q**3*B*sin_pa/(m*c**2))*np.vectorize(A)(v/v_c)

Comments

[higasi]

ありがとうございます。無事に進むことができました。本当にありがとうございます。

恐縮なのですが
np.vectorize(A)(v/v_c)では　問題がなくて、
np.vectorize(A(v/v_c))では　TypeError: unsupported operand type(s) for *: 'float' and 'vectorize'
になるというのが心残りで...、後学のために、教えていただくことは可能でしょうか。もしくは、詳しく書かれてるサイトでも構いませんのでお願いします。

[ps_aux_grep]

これは，関数Aを，n階のnumpyオブジェクトで操作できるようにvectorizeするものです．したがって，np.vectorize(A)はCallableを返します．
関数Aが，numpy.float32と，numpy.ndarrayの2つを受け取るような実装であったため，従来の記法ではif文の動作に互換がなくエラーになっています．numpy.float32で受け取ろうが，numpy.ndarrayで受け取ろうが，各要素に対する条件分岐として動作するようにしたまでのことです．

愚直に分岐を書くなら，if isinstance(v, numpy.float32)みたいな書き方で従来の関数に値を渡し，forで書いてみたと追記いただいたものは，elseの項に書くかちゃんとelif isinstance(v, numpy.ndarray):で分岐させて関数に値を渡すみたいなことになります．めんどいのでnp.vectorizeがいいですね．

[higasi]

親切丁寧にありがとうございます。
少しずつ動かすのに慣れていけるよう、しっかりと勉強していきたいと思います。
ありがとうございました。