Python: for循环中的计算与手工计算的结果不匹配

Question

我目前正在做一个研究混合气体性质的项目。通过不同的输入测试我的代码，我遇到了一个bug(?)我无法解释。基本上，它是关于for循环中的numpy数组的计算。当它计算for-循环时，它会产生不同的(错误的)结果，而不是手动构造结果，使用与for-循环相同的代码片段，但是手动索引。我不知道为什么会发生这种事，也不知道是我自己的错误，还是我自己的错误。

非常奇怪的是，所需输入对象的某些实例在整个for循环中运行而没有任何问题，而其他实例则完全运行到某个索引，而其他实例甚至无法计算第一个循环。

例如，一个输入总是在索引16处停止，抛出一个：

ValueError: could not broadcast input array from shape (25,) into shape (32,)

经过进一步的研究，我可以证实，前15个循环抛出了正确的结果，指数16的循环中的结果是错误的，甚至没有正确的大小。当通过控制台手动运行循环16时，没有发生错误.

下面的数组在循环中运行时显示索引16的结果。 这是在控制台的for循环中手动运行代码时索引16的结果。这些都是人们所期望得到的。

代码的重要部分实际上只是for循环中的np.multiply() --我将其馀部分放在上下文中，但我确信它不应该干扰我的意图。

def thermic_dissociation(input_gas, pressure):
# Copy of the input_gas object, which may not be altered out of scope
gas = copy.copy(input_gas)
# Temperature range
T = np.logspace(2.473, 4.4, 1000)
# Matrix containing the data over the whole range of interest
moles = np.zeros((gas.gas_cantera.n_species, len(T)))
# Array containing other property of interest
sum_particles = np.zeros(len(T))

# The troublesome for-loop:
for index in range(len(T)):
    print(str(index) + ' start')
    # Set temperature and pressure of the gas
    gas.gas_cantera.TP = T[index], pressure
    # Set gas mixture to a state of chemical equilibrium
    gas.gas_cantera.equilibrate('TP')
    # Sum of particles = Molar Density * Avogadro constant for every temperature
    sum_particles[index] = gas.gas_cantera.density_mole * ct.avogadro
    
    #This multiplication is doing the weird stuff, printed it to see what's computed before it puts it into the result matrix and throwing the error
    print(np.multiply(list(gas.gas_cantera.mole_fraction_dict().values()), sum_particles[index]))

    # This is where the error is thrown, as the resulting array is of smaller size, than it should be and thus resulting in the error
    moles[:, index] = np.multiply(list(gas.gas_cantera.mole_fraction_dict().values()), sum_particles[index])
    print(str(index) + ' end')

# An array helping to handle the results
molecule_order = list(gas.gas_cantera.mole_fraction_dict().keys())

return [moles, sum_particles, T, molecule_order]

我们将非常感谢您的帮助！

Answer 1

这个特别的问题与numpy无关。对mole_fraction_dict的调用返回一个标准的python字典。字典中的元素数取决于可选的threshold参数，该参数的默认值为0.0。

可以检查Cantera的源代码，看看到底发生了什么。

mole_fraction_dict

getMoleFractionsByName

换句话说，如果是x > threshold，一个值将在字典中结束。如果在这里使用>=而不是>，也许会更有意义。也许这会阻止你的意外结果。

正如注释中所确认的那样，您可以使用mole_fraction_dict(threshold=-np.inf)在字典中获取所有想要的值。也可以使用-float('inf')。

在您的代码中，您将继续调用字典中的.values()，但是如果不能保证值的顺序，这将是一个问题。我不确定是不是这样。最好是通过使用dict键从dict中检索值，从而使顺序显式化。

Answer 2

如果需要所有物种摩尔分数的数组，则应使用cantera.Solution对象的cantera.Solution属性，该属性始终直接返回该完整数组。您可以看到该方法的文档：cantera.Solution.X`。

mole_fraction_dict方法专门用于您希望按名称引用物种的情况，而不是它们在Solution对象中的顺序，例如在关联定义不同物种集的两个不同的Solution对象时。