데이터 분석기술의 중요성이 인식되면서 파이썬의 중요성 역시 주목받고 있다. 프로그래밍 언어 중 파이썬은 데이터 분석에 중심을 두고 개발되었으므로 관련된 패키지와 모듈이 다양하기 때문이다. 또한 오픈소스이므로 통계학자, 경제학자 등 데이터 분석 전문가들이 빠른 속도로 패키지를 갱신하여 활용하기에도 유리하다.

필자는 대학에서 수치해석 강의를 20여 년간 진행하며 C 언어를 이용한 강좌를 시작하였고, MATLAB을 이용한 강좌를 개설하였다. 그리고 최근 수년간은 R 언어를 이용한 수치해석 강의를 진행하고 있다. C 언어는 파이썬에 비하여 프로그램이 복잡하고, MATLAB은 오픈소스가 아니라는 점에서 학생들이 접근하기 쉽지가 않다. 그러나 4차 산업혁명 시대에 파이썬은 오픈소스로서 학생들에게 여러 가지 장점을 제공한다.

이 책은 파이썬의 기본 사용법과 함께 수치해석의 알고리즘과 프로그램 구현방법을 다루고 있다. 공학계산의 기본이 되는 수치해석에 좀 더 흥미롭게 접근하고자 파이썬 스크립트와 파이썬 패키지를 강하게 연계하였다. 1장에서는 파이썬의 자료형과 연산자, 변수 및 조건문과 반복문을 다룬다. 2장에서는 파이썬의 기본 내장함수, 행렬과 배열 및 수치계산에서의 오차와 그래프 기초를 다룬다. 3장에서는 행렬의 연산, 선형연립방정식의 해법 및 행렬의 분해 등을 소개하며, 4장에서는 다항식과 보간법을 다룬다. 그리고 5장에서는 수치미분을 위한 차분근사와 내장함수를 이용한 미분법을 다룬다. 6장에서는 사다리꼴 공식과 심프슨 공식, 고차 다항식 적합 구적법 및 파이썬의 내장함수를 이용한 정적분을 다루며, 7장에서는 비선형방정식의 해법에 관한 내용으로 이분법, 가위치법과 여러 가지 반복법 및 비선형연립방정식을 다룬다. 8장에서는 선형적합과 비선형 곡선적합을 다루고, 9장에서는 미분방정식의 초기치 문제에 관한 여러 가지 해법을 다루며, 근사해법과 정확한 해와 차이를 상대오차와 그래프로 분석한다.
이 책은 수년간의 강의를 통하여 알고리즘의 오류 수정과 내용 수정을 거쳤다. 교재의 초반 세 장에서는 파이썬의 기초 용법을 다루었고, 중·후반부에서는 수치해석에 꼭 필요하다고 여겨지는 내용을 엄선하여 다루고 있다. 그러므로 특히 대학에서 파이썬에 관심을 두고 수치해석을 담당하는 분들에게 이 책이 큰 도움이 되리라고 자신한다.

파이썬에 대한 기초지식이 있는 독자라면 목차에 따라 큰 어려움 없이 교재를 학습할 수 있지만, 파이썬 사용이 처음인 독자라면 부록 A1을 정독하고 사용법을 숙지한 후 교재의 차례에 따르기를 권한다. 좋은 책을 만들기 위해 최선을 다했지만 미흡한 부분이 있을 수 있다. 이 점은 양해를 바라며, 출간 후에 나올 수 있는 수정사항 등은 자유아카데미 홈페이지(www.freeaca.com) 자료실에 제공할 예정이니 참고하기 바란다.

부산대학교 수학과 졸업
한국과학기술원 응용수학 석사
한국과학기술원 응용확률 박사
한국통신 통신망연구소, 선임연구원
현 선문대학교 정보통신공학과 교수

1장 파이썬과 자료구조
1.1 파이썬과 수치해석
1.2 자료형과 연산자
1.3 변수와 데이터
1.4 조건문과 반복문
1.5 자료의 입출력
연습문제

2장 함수와 그래프
2.1 함수와 배열
2.2 수치계산에서의 오차
2.3 그래프 기초
연습문제

3장 선형대수
3.1 행렬과 벡터의 연산
3.2 선형연립방정식의 해법
3.3 행렬의 분해
연습문제

4장 다항식과 보간법
4.1 다항식의 표현
4.2 다항식보간
연습문제

5장 수치미분
5.1 보간다항식의 미분
5.2 차분근사
5.3 내장함수를 이용한 미분
연습문제

6장 수치적분
6.1 사다리꼴 공식
6.2 심프슨 공식
6.3 고차 다항식 적합 구적법
6.4 이중적분의 수치적분
6.5 파이썬 함수를 이용한 적분
연습문제

7장 비선형방정식
7.1 비선형방정식의 개요
7.2 이분법
7.3 가위치법
7.4 뉴턴법
7.5 할선법
7.6 연속대입법
7.7 비선형연립방정식
연습문제

8장 곡선적합
8.1 선형적합
8.2 고차 다항식에 의한 곡선적합
연습문제

9장 미분방정식의 수치해
9.1 미분방정식의 이해
9.2 오일러법
9.3 룽게-쿠타법
9.4 고계 미분방정식의 해법
연습문제

부록 A1 파이썬 입문
A1.1 파이썬의 설치와 실행
A1.2 주피터와 스파이더

참고문헌
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