Pythonの「クラス」で遊ぶ：Wikipediaの球Bessel関数のグラフを描画

Wikipediaの球Bessel関数のグラフ（Spherical Bessel functions: jn, yn (Wikipedia)）を描きます．クラスを使う必要はないのですが，あえてできるだけクラスを使ったコードで遊んでみました．

クラスの簡単な使い方と同時に，キーワード可変長変数（**kwargs）の使い方や，辞書型が**で展開できること（** Dictionary Unpacking — Python Reference (The Right Way) 0.1 documentation）などが学べます．

コードと出力結果

出力結果（球Bessel関数）

パラメータをいくつか用意してそれぞれのインスタンスを作成すれば，1つのプログラムでいろいろなグラフが作成できます．したがって，変数の値を変えて色々なグラフを作る場合に「プログラムをコピーして，変数の値だけを変えて実行する」必要がなくなります（こうしてしまうと，メインプログラムを変更した際にコピーしたプログラムを修正しなくてはなりません）．

他にも，グラフのプロット方法を指定する変数をパラメータにすれば，設定（例えば描画範囲）を変えてグラフを作成することも簡単です（その際は，ファイル名も変数で指定できるように書き換える必要があります）．

import numpy as np
from scipy.special import spherical_jn, spherical_yn
import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns

param_order = {
    'n_min': 0,
    'n_max': 2
    }

param_range = {    
    'z_min': 0,
    'z_max': 20,
    'z_num': 100
    }

class SphericalBessel:
    def __init__(self, **kwargs):
        self.n = np.arange(kwargs['n_min'], kwargs['n_max']+1, 1)
        self.z = np.linspace(kwargs['z_min'], kwargs['z_max'], kwargs['z_num'])

    def create_data(self, n):
        jn = spherical_jn(n, self.z, derivative=False)
        yn = spherical_yn(n, self.z, derivative=False)
        return jn, yn

    def plot(self):
        sns.set()
        fig = plt.figure()
        ax1 = fig.add_subplot(2, 1, 1)
        ax2 = fig.add_subplot(2, 1, 2)
        for i in self.n:
            jn, yn = self.create_data(i)
            ax1.plot(self.z, jn, label='j'+str(i))
            ax2.plot(self.z, yn, label='y'+str(i))
        ax1.set_ylim(-0.5, 1.1)
        ax2.set_ylim(-1.625, 0.375)
        ax1.legend()
        ax2.legend()
        plt.savefig('output.pdf')
        plt.show()

result = SphericalBessel(**param_order, **param_range)
result.plot()

参考文献

[1]科学技術計算のためのPython入門 ――開発基礎、必須ライブラリ、高速化：第2章のロケットシミュレータのコードを参考にしました．
[2]オブジェクト指向でなぜつくるのか 第３版　知っておきたいOOP、設計、アジャイル開発の基礎知識：クラスの概念や使い方について，かなりわかりやすく説明されています．