在Python中转换角度的方法有多种，主要包括使用内置的数学模块、NumPy库以及SymPy库等。使用math模块、使用NumPy库、使用SymPy库。下面我们详细讲解其中一种方法：使用math模块。
使用math模块：
Python的math模块提供了许多用于数学运算的函数，其中包括将角度转换为弧度（radians）和将弧度转换为角度（degrees）的函数。这些函数非常简单易用，适用于大多数基本的角度转换需求。
例如，要将角度转换为弧度，可以使用以下代码：
import math
angle_degrees = 45 # 角度
angle_radians = math.radians(angle_degrees) # 转换为弧度
print(f"{angle_degrees} degrees is {angle_radians} radians")
同样，要将弧度转换为角度，可以使用以下代码：
import math
angle_radians = math.pi / 4 # 弧度
angle_degrees = math.degrees(angle_radians) # 转换为角度
print(f"{angle_radians} radians is {angle_degrees} degrees")
通过以上代码示例可以看出，math.radians和math.degrees函数的使用非常简单直接，能够快速实现角度和弧度之间的转换。
接下来，我们将详细介绍Python中其他方法来转换角度，并探讨这些方法的应用场景和优缺点。
一、使用math模块
1、将角度转换为弧度
在Python中，如果需要将角度转换为弧度，可以使用math模块中的radians函数。这个函数接收一个角度值，并返回对应的弧度值。
import math
angle_degrees = 90 # 角度
angle_radians = math.radians(angle_degrees) # 转换为弧度
print(f"{angle_degrees} degrees is {angle_radians} radians")
在上述示例中，我们定义了一个角度值90，然后使用math.radians函数将其转换为弧度，并输出结果。由于90度等于π/2弧度，因此输出结果为1.5707963267948966。
2、将弧度转换为角度
如果需要将弧度转换为角度，可以使用math模块中的degrees函数。这个函数接收一个弧度值，并返回对应的角度值。
import math
angle_radians = math.pi # 弧度
angle_degrees = math.degrees(angle_radians) # 转换为角度
print(f"{angle_radians} radians is {angle_degrees} degrees")
在上述示例中，我们定义了一个弧度值π，然后使用math.degrees函数将其转换为角度，并输出结果。由于π弧度等于180度，因此输出结果为180。
二、使用NumPy库
NumPy是Python中一个强大的科学计算库，提供了许多用于数组和矩阵运算的函数。NumPy库同样提供了用于角度转换的函数radians和degrees，这些函数可以对数组进行批量转换，非常适用于需要处理大量数据的场景。
1、将角度转换为弧度
使用NumPy库的radians函数可以将角度数组转换为弧度数组。
import numpy as np
angles_degrees = np.array([0, 30, 45, 60, 90]) # 角度数组
angles_radians = np.radians(angles_degrees) # 转换为弧度数组
print(f"Degrees: {angles_degrees}")
print(f"Radians: {angles_radians}")
在上述示例中，我们定义了一个角度数组[0, 30, 45, 60, 90]，然后使用np.radians函数将其转换为弧度数组，并输出结果。
2、将弧度转换为角度
使用NumPy库的degrees函数可以将弧度数组转换为角度数组。
import numpy as np
angles_radians = np.array([0, np.pi/6, np.pi/4, np.pi/3, np.pi/2]) # 弧度数组
angles_degrees = np.degrees(angles_radians) # 转换为角度数组
print(f"Radians: {angles_radians}")
print(f"Degrees: {angles_degrees}")
在上述示例中，我们定义了一个弧度数组[0, π/6, π/4, π/3, π/2]，然后使用np.degrees函数将其转换为角度数组，并输出结果。
三、使用SymPy库
SymPy是Python中的一个符号计算库，主要用于代数计算。SymPy库也提供了用于角度转换的函数rad和deg，这些函数可以处理符号表达式，非常适用于需要进行符号计算的场景。
1、将角度转换为弧度
使用SymPy库的rad函数可以将角度表达式转换为弧度表达式。
import sympy as sp
angle_degrees = sp.symbols('angle_degrees') # 定义符号
angle_radians = sp.rad(angle_degrees) # 转换为弧度表达式
print(f"Degrees: {angle_degrees}")
print(f"Radians: {angle_radians}")
在上述示例中，我们定义了一个角度符号angle_degrees，然后使用sp.rad函数将其转换为弧度表达式，并输出结果。
2、将弧度转换为角度
使用SymPy库的deg函数可以将弧度表达式转换为角度表达式。
import sympy as sp
angle_radians = sp.symbols('angle_radians') # 定义符号
angle_degrees = sp.deg(angle_radians) # 转换为角度表达式
print(f"Radians: {angle_radians}")
print(f"Degrees: {angle_degrees}")
在上述示例中，我们定义了一个弧度符号angle_radians，然后使用sp.deg函数将其转换为角度表达式，并输出结果。
四、手动计算角度转换
除了使用上述库提供的函数外，我们还可以通过手动计算实现角度和弧度之间的转换。手动计算的方法非常简单，只需要使用基本的数学公式即可。
1、将角度转换为弧度
将角度转换为弧度的公式为：弧度 = 角度 × (π / 180)
angle_degrees = 90 # 角度
angle_radians = angle_degrees * (math.pi / 180) # 转换为弧度
print(f"{angle_degrees} degrees is {angle_radians} radians")
在上述示例中，我们使用公式将角度90转换为弧度，并输出结果。
2、将弧度转换为角度
将弧度转换为角度的公式为：角度 = 弧度 × (180 / π)
angle_radians = math.pi # 弧度
angle_degrees = angle_radians * (180 / math.pi) # 转换为角度
print(f"{angle_radians} radians is {angle_degrees} degrees")
在上述示例中，我们使用公式将弧度π转换为角度，并输出结果。
五、应用场景
角度和弧度之间的转换在许多应用场景中非常常见，下面列举一些常见的应用场景：
1、计算机图形学
在计算机图形学中，常常需要进行角度和弧度之间的转换。例如，在绘制旋转图形时，需要将旋转角度转换为弧度进行计算。
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
angle_degrees = 45 # 旋转角度
angle_radians = np.radians(angle_degrees) # 转换为弧度
定义旋转矩阵
rotation_matrix = np.array([
[np.cos(angle_radians), -np.sin(angle_radians)],
[np.sin(angle_radians), np.cos(angle_radians)]
])
原始点集
points = np.array([
[1, 0],
[0, 1],
[-1, 0],
[0, -1]
])
旋转后的点集
rotated_points = points @ rotation_matrix
绘制原始点集和旋转后的点集
plt.figure()
plt.plot(points[:, 0], points[:, 1], 'bo-', label='Original')
plt.plot(rotated_points[:, 0], rotated_points[:, 1], 'ro-', label='Rotated')
plt.legend()
plt.grid()
plt.axis('equal')
plt.show()
在上述示例中，我们定义了一个旋转角度45度，并将其转换为弧度。然后使用旋转矩阵对点集进行旋转，并绘制原始点集和旋转后的点集。
2、机器人学
在机器人学中，常常需要进行角度和弧度之间的转换。例如，在控制机械臂的运动时，需要将关节角度转换为弧度进行计算。
import numpy as np
关节角度（单位：度）
joint_angles_degrees = np.array([45, 30, 60])
将关节角度转换为弧度
joint_angles_radians = np.radians(joint_angles_degrees)
print(f"Joint angles (degrees): {joint_angles_degrees}")
print(f"Joint angles (radians): {joint_angles_radians}")
在上述示例中，我们定义了一个关节角度数组，并将其转换为弧度数组，然后输出结果。
3、天文学
在天文学中，常常需要进行角度和弧度之间的转换。例如，在计算天体的位置时，需要将角度转换为弧度进行计算。
import math
赤道坐标系中的天体位置（单位：度）
right_ascension_degrees = 180 # 赤经
declination_degrees = 45 # 赤纬
将赤道坐标系中的位置转换为弧度
right_ascension_radians = math.radians(right_ascension_degrees)
declination_radians = math.radians(declination_degrees)
print(f"Right ascension (degrees): {right_ascension_degrees}")
print(f"Right ascension (radians): {right_ascension_radians}")
print(f"Declination (degrees): {declination_degrees}")
print(f"Declination (radians): {declination_radians}")
在上述示例中，我们定义了赤道坐标系中的天体位置（赤经和赤纬），并将其转换为弧度，然后输出结果。
六、总结
在Python中转换角度的方法有多种，包括使用math模块、NumPy库和SymPy库等。不同的方法适用于不同的应用场景，例如，math模块适用于简单的单个角度转换，NumPy库适用于批量处理数据，SymPy库适用于符号计算。此外，还可以通过手动计算实现角度和弧度之间的转换。在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的方法进行角度转换。
通过本文的详细介绍，相信读者已经掌握了在Python中转换角度的多种方法及其应用场景，希望这些内容对您在实际工作中有所帮助。
相关问答FAQs：
1. 如何在Python中将度转换为弧度？
在Python中，可以使用math模块的radians()函数将角度转换为弧度。例如，假设你有一个角度值为45度，可以通过以下代码进行转换：
import math
degrees = 45
radians = math.radians(degrees)
print(radians) # 输出0.7853981633974483
弧度是角度的另一种表示方式，通常在涉及三角函数的计算时使用。
2. 如何将弧度转换为角度？
如果你需要将弧度转换回角度，可以使用math模块的degrees()函数。以下是一个示例：
import math
radians = 0.7853981633974483
degrees = math.degrees(radians)
print(degrees) # 输出45.0
这个功能在处理涉及弧度的数学计算后返回到常见的角度表示时非常有用。
3. 在Python中如何处理角度的加法和减法？
在进行角度的加法或减法时，确保结果在0到360度之间。例如，要将两个角度相加，你可以这样做：
angle1 = 350
angle2 = 30
result_angle = (angle1 + angle2) % 360
print(result_angle) # 输出20
通过使用取模运算符，可以确保结果始终保持在有效的角度范围内。处理角度时，这种方式能够有效避免超出常规范围的问题。
