Add better error reporting for MemoryErrors caused by str->float conversions.
[python.git] / Doc / library / math.rst
blob0857b7a408f9fa729a0a7601b51a0934b5a6560d
2 :mod:`math` --- Mathematical functions
3 ======================================
5 .. module:: math
6    :synopsis: Mathematical functions (sin() etc.).
9 This module is always available.  It provides access to the mathematical
10 functions defined by the C standard.
12 These functions cannot be used with complex numbers; use the functions of the
13 same name from the :mod:`cmath` module if you require support for complex
14 numbers.  The distinction between functions which support complex numbers and
15 those which don't is made since most users do not want to learn quite as much
16 mathematics as required to understand complex numbers.  Receiving an exception
17 instead of a complex result allows earlier detection of the unexpected complex
18 number used as a parameter, so that the programmer can determine how and why it
19 was generated in the first place.
21 The following functions are provided by this module.  Except when explicitly
22 noted otherwise, all return values are floats.
25 Number-theoretic and representation functions
26 ---------------------------------------------
28 .. function:: ceil(x)
30    Return the ceiling of *x* as a float, the smallest integer value greater than or
31    equal to *x*.
34 .. function:: copysign(x, y)
36    Return *x* with the sign of *y*. ``copysign`` copies the sign bit of an IEEE
37    754 float, ``copysign(1, -0.0)`` returns *-1.0*.
39    .. versionadded:: 2.6
42 .. function:: fabs(x)
44    Return the absolute value of *x*.
47 .. function:: factorial(x)
49    Return *x* factorial.  Raises :exc:`ValueError` if *x* is not integral or
50    is negative.
52    .. versionadded:: 2.6
55 .. function:: floor(x)
57    Return the floor of *x* as a float, the largest integer value less than or equal
58    to *x*.
60    .. versionchanged:: 2.6
61       Added :meth:`__floor__` delegation.
64 .. function:: fmod(x, y)
66    Return ``fmod(x, y)``, as defined by the platform C library. Note that the
67    Python expression ``x % y`` may not return the same result.  The intent of the C
68    standard is that ``fmod(x, y)`` be exactly (mathematically; to infinite
69    precision) equal to ``x - n*y`` for some integer *n* such that the result has
70    the same sign as *x* and magnitude less than ``abs(y)``.  Python's ``x % y``
71    returns a result with the sign of *y* instead, and may not be exactly computable
72    for float arguments. For example, ``fmod(-1e-100, 1e100)`` is ``-1e-100``, but
73    the result of Python's ``-1e-100 % 1e100`` is ``1e100-1e-100``, which cannot be
74    represented exactly as a float, and rounds to the surprising ``1e100``.  For
75    this reason, function :func:`fmod` is generally preferred when working with
76    floats, while Python's ``x % y`` is preferred when working with integers.
79 .. function:: frexp(x)
81    Return the mantissa and exponent of *x* as the pair ``(m, e)``.  *m* is a float
82    and *e* is an integer such that ``x == m * 2**e`` exactly. If *x* is zero,
83    returns ``(0.0, 0)``, otherwise ``0.5 <= abs(m) < 1``.  This is used to "pick
84    apart" the internal representation of a float in a portable way.
87 .. function:: fsum(iterable)
89    Return an accurate floating point sum of values in the iterable.  Avoids
90    loss of precision by tracking multiple intermediate partial sums::
92         >>> sum([.1, .1, .1, .1, .1, .1, .1, .1, .1, .1])
93         0.9999999999999999
94         >>> fsum([.1, .1, .1, .1, .1, .1, .1, .1, .1, .1])
95         1.0
97    The algorithm's accuracy depends on IEEE-754 arithmetic guarantees and the
98    typical case where the rounding mode is half-even.  On some non-Windows
99    builds, the underlying C library uses extended precision addition and may
100    occasionally double-round an intermediate sum causing it to be off in its
101    least significant bit.
103    For further discussion and two alternative approaches, see the `ASPN cookbook
104    recipes for accurate floating point summation
105    <http://code.activestate.com/recipes/393090/>`_\.
107    .. versionadded:: 2.6
110 .. function:: isinf(x)
112    Checks if the float *x* is positive or negative infinite.
114    .. versionadded:: 2.6
117 .. function:: isnan(x)
119    Checks if the float *x* is a NaN (not a number). NaNs are part of the
120    IEEE 754 standards. Operation like but not limited to ``inf * 0``,
121    ``inf / inf`` or any operation involving a NaN, e.g. ``nan * 1``, return
122    a NaN.
124    .. versionadded:: 2.6
127 .. function:: ldexp(x, i)
129    Return ``x * (2**i)``.  This is essentially the inverse of function
130    :func:`frexp`.
133 .. function:: modf(x)
135    Return the fractional and integer parts of *x*.  Both results carry the sign
136    of *x* and are floats.
139 .. function:: trunc(x)
141    Return the :class:`Real` value *x* truncated to an :class:`Integral` (usually
142    a long integer). Delegates to ``x.__trunc__()``.
144    .. versionadded:: 2.6
147 Note that :func:`frexp` and :func:`modf` have a different call/return pattern
148 than their C equivalents: they take a single argument and return a pair of
149 values, rather than returning their second return value through an 'output
150 parameter' (there is no such thing in Python).
152 For the :func:`ceil`, :func:`floor`, and :func:`modf` functions, note that *all*
153 floating-point numbers of sufficiently large magnitude are exact integers.
154 Python floats typically carry no more than 53 bits of precision (the same as the
155 platform C double type), in which case any float *x* with ``abs(x) >= 2**52``
156 necessarily has no fractional bits.
159 Power and logarithmic functions
160 -------------------------------
162 .. function:: exp(x)
164    Return ``e**x``.
167 .. function:: expm1(x)
169    Return ``e**x - 1``.  For small floats *x*, the subtraction in
170    ``exp(x) - 1`` can result in a significant loss of precision; the
171    :func:`expm1` function provides a way to compute this quantity to
172    full precision::
174       >>> from math import exp, expm1
175       >>> exp(1e-5) - 1  # gives result accurate to 11 places
176       1.0000050000069649e-05
177       >>> expm1(1e-5)    # result accurate to full precision
178       1.0000050000166668e-05
180    .. versionadded:: 2.7
183 .. function:: log(x[, base])
185    With one argument, return the natural logarithm of *x* (to base *e*).
187    With two arguments, return the logarithm of *x* to the given *base*,
188    calculated as ``log(x)/log(base)``.
190    .. versionchanged:: 2.3
191       *base* argument added.
194 .. function:: log1p(x)
196    Return the natural logarithm of *1+x* (base *e*). The
197    result is calculated in a way which is accurate for *x* near zero.
199    .. versionadded:: 2.6
202 .. function:: log10(x)
204    Return the base-10 logarithm of *x*.  This is usually more accurate
205    than ``log(x, 10)``.
208 .. function:: pow(x, y)
210    Return ``x`` raised to the power ``y``.  Exceptional cases follow
211    Annex 'F' of the C99 standard as far as possible.  In particular,
212    ``pow(1.0, x)`` and ``pow(x, 0.0)`` always return ``1.0``, even
213    when ``x`` is a zero or a NaN.  If both ``x`` and ``y`` are finite,
214    ``x`` is negative, and ``y`` is not an integer then ``pow(x, y)``
215    is undefined, and raises :exc:`ValueError`.
217    .. versionchanged:: 2.6
218       The outcome of ``1**nan`` and ``nan**0`` was undefined.
221 .. function:: sqrt(x)
223    Return the square root of *x*.
226 Trigonometric functions
227 -----------------------
229 .. function:: acos(x)
231    Return the arc cosine of *x*, in radians.
234 .. function:: asin(x)
236    Return the arc sine of *x*, in radians.
239 .. function:: atan(x)
241    Return the arc tangent of *x*, in radians.
244 .. function:: atan2(y, x)
246    Return ``atan(y / x)``, in radians. The result is between ``-pi`` and ``pi``.
247    The vector in the plane from the origin to point ``(x, y)`` makes this angle
248    with the positive X axis. The point of :func:`atan2` is that the signs of both
249    inputs are known to it, so it can compute the correct quadrant for the angle.
250    For example, ``atan(1``) and ``atan2(1, 1)`` are both ``pi/4``, but ``atan2(-1,
251    -1)`` is ``-3*pi/4``.
254 .. function:: cos(x)
256    Return the cosine of *x* radians.
259 .. function:: hypot(x, y)
261    Return the Euclidean norm, ``sqrt(x*x + y*y)``. This is the length of the vector
262    from the origin to point ``(x, y)``.
265 .. function:: sin(x)
267    Return the sine of *x* radians.
270 .. function:: tan(x)
272    Return the tangent of *x* radians.
275 Angular conversion
276 ------------------
278 .. function:: degrees(x)
280    Converts angle *x* from radians to degrees.
283 .. function:: radians(x)
285    Converts angle *x* from degrees to radians.
288 Hyperbolic functions
289 --------------------
291 .. function:: acosh(x)
293    Return the inverse hyperbolic cosine of *x*.
295    .. versionadded:: 2.6
298 .. function:: asinh(x)
300    Return the inverse hyperbolic sine of *x*.
302    .. versionadded:: 2.6
305 .. function:: atanh(x)
307    Return the inverse hyperbolic tangent of *x*.
309    .. versionadded:: 2.6
312 .. function:: cosh(x)
314    Return the hyperbolic cosine of *x*.
317 .. function:: sinh(x)
319    Return the hyperbolic sine of *x*.
322 .. function:: tanh(x)
324    Return the hyperbolic tangent of *x*.
327 Special functions
328 -----------------
330 .. function:: erf(x)
332    Return the error function at *x*.
334    .. versionadded:: 2.7
337 .. function:: erfc(x)
339    Return the complementary error function at *x*.
341    .. versionadded:: 2.7
344 .. function:: gamma(x)
346    Return the Gamma function at *x*.
348    .. versionadded:: 2.7
351 .. function:: lgamma(x)
353    Return the natural logarithm of the absolute value of the Gamma
354    function at *x*.
356    .. versionadded:: 2.7
359 Constants
360 ---------
362 .. data:: pi
364    The mathematical constant *pi*.
367 .. data:: e
369    The mathematical constant *e*.
372 .. impl-detail::
374    The :mod:`math` module consists mostly of thin wrappers around the platform C
375    math library functions.  Behavior in exceptional cases is loosely specified
376    by the C standards, and Python inherits much of its math-function
377    error-reporting behavior from the platform C implementation.  As a result,
378    the specific exceptions raised in error cases (and even whether some
379    arguments are considered to be exceptional at all) are not defined in any
380    useful cross-platform or cross-release way.  For example, whether
381    ``math.log(0)`` returns ``-Inf`` or raises :exc:`ValueError` or
382    :exc:`OverflowError` isn't defined, and in cases where ``math.log(0)`` raises
383    :exc:`OverflowError`, ``math.log(0L)`` may raise :exc:`ValueError` instead.
385    All functions return a quiet *NaN* if at least one of the args is *NaN*.
386    Signaling *NaN*\s raise an exception. The exception type still depends on the
387    platform and libm implementation. It's usually :exc:`ValueError` for *EDOM*
388    and :exc:`OverflowError` for errno *ERANGE*.
390    .. versionchanged:: 2.6
391       In earlier versions of Python the outcome of an operation with NaN as
392       input depended on platform and libm implementation.
395 .. seealso::
397    Module :mod:`cmath`
398       Complex number versions of many of these functions.