• 线性代数-Python-02:矩阵的基本运算 - 手写Matrix及numpy中的用法


    一、代码仓库

    https://github.com/Chufeng-Jiang/Python-Linear-Algebra-for-Beginner/tree/main

    二、矩阵的基本运算

    在这里插入图片描述

    2.1 矩阵的加法

    在这里插入图片描述

    2.2 矩阵的数量乘法

    在这里插入图片描述

    2.3 矩阵和向量的乘法

    在这里插入图片描述

    2.4 矩阵和矩阵的乘法

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    2.5 矩阵的转置

    在这里插入图片描述

    三、手写Matrix代码

    Matrix.py

    from .Vector import Vector
    
    
    class Matrix:
        """参数二:是一个二维列表"""
        def __init__(self, list2d):
            self._values = [row[:] for row in list2d]
    
        @classmethod
        def zero(cls, r, c):
            """返回一个r行c列的零矩阵"""
            return cls([[0] * c for _ in range(r)])
    
        def T(self):
            """返回矩阵的转置矩阵"""
            return Matrix([[e for e in self.col_vector(i)]
                           for i in range(self.col_num())])
    
        def __add__(self, another):
            """返回两个矩阵的加法结果"""
            assert self.shape() == another.shape(), \
                "Error in adding. Shape of matrix must be same."
            return Matrix([[a + b for a, b in zip(self.row_vector(i), another.row_vector(i))]
                           for i in range(self.row_num())])
    
        def __sub__(self, another):
            """返回两个矩阵的减法结果"""
            assert self.shape() == another.shape(), \
                "Error in subtracting. Shape of matrix must be same."
            return Matrix([[a - b for a, b in zip(self.row_vector(i), another.row_vector(i))]
                           for i in range(self.row_num())])
    
        def dot(self, another):
            """返回矩阵乘法的结果"""
            if isinstance(another, Vector):
                # 矩阵和向量的乘法
                assert self.col_num() == len(another), \
                    "Error in Matrix-Vector Multiplication."
                return Vector([self.row_vector(i).dot(another) for i in range(self.row_num())])
    
            if isinstance(another, Matrix):
                # 矩阵和矩阵的乘法
                assert self.col_num() == another.row_num(), \
                    "Error in Matrix-Matrix Multiplication."
                return Matrix([[self.row_vector(i).dot(another.col_vector(j)) for j in range(another.col_num())]
                               for i in range(self.row_num())])
    
        def __mul__(self, k):
            """返回矩阵的数量乘结果: self * k"""
            return Matrix([[e * k for e in self.row_vector(i)]
                           for i in range(self.row_num())])
    
        def __rmul__(self, k):
            """返回矩阵的数量乘结果: k * self"""
            return self * k
    
        def __truediv__(self, k):
            """返回数量除法的结果矩阵:self / k"""
            return (1 / k) * self
    
        def __pos__(self):
            """返回矩阵取正的结果"""
            return 1 * self
    
        def __neg__(self):
            """返回矩阵取负的结果"""
            return -1 * self
    
        def row_vector(self, index):
            """返回矩阵的第index个行向量"""
            return Vector(self._values[index])
    
        def col_vector(self, index):
            """返回矩阵的第index个列向量"""
            return Vector([row[index] for row in self._values])
    
        def __getitem__(self, pos):
            """返回矩阵pos位置的元素"""
            r, c = pos
            return self._values[r][c]
    
        def size(self):
            """返回矩阵的元素个数"""
            r, c = self.shape()
            return r * c
    
        def row_num(self):
            """返回矩阵的行数"""
            return self.shape()[0]
    
        __len__ = row_num
    
        def col_num(self):
            """返回矩阵的列数"""
            return self.shape()[1]
    
        def shape(self):
            """返回矩阵的形状: (行数, 列数)"""
            return len(self._values), len(self._values[0])
    
        def __repr__(self):
            return "Matrix({})".format(self._values)
    
        __str__ = __repr__
    
    
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    main_matrix.py

    from playLA.Vector import Vector
    from playLA.Matrix import Matrix
    
    
    if __name__ == "__main__":
    
        matrix = Matrix([[1, 2], [3, 4]])
        print(matrix)
        print("matrix.shape = {}".format(matrix.shape()))
        print("matrix.size = {}".format(matrix.size()))
        print("len(matrix) = {}".format(len(matrix)))
        print("matrix[0][0] = {}".format(matrix[0, 0]))
    
        matrix2 = Matrix([[5, 6], [7, 8]])
        print(matrix2)
        print("add: {}".format(matrix + matrix2))
        print("subtract: {}".format(matrix - matrix2))
        print("scalar-mul: {}".format(2 * matrix))
        print("scalar-mul: {}".format(matrix * 2))
        print("zero_2_3: {}".format(Matrix.zero(2, 3)))
    
        T = Matrix([[1.5, 0], [0, 2]])
        p = Vector([5, 3])
        print("T.dot(p) = {}".format(T.dot(p)))
    
        P = Matrix([[0, 4, 5], [0, 0, 3]])
        print("T.dot(P) = {}".format(T.dot(P)))
    
        print("A.dot(B) = {}".format(matrix.dot(matrix2)))
        print("B.dot(A) = {}".format(matrix2.dot(matrix)))
    
        print("P.T = {}".format(P.T()))
    
    
    
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    main_numpy_matrix.py

    import numpy as np
    
    if __name__ == "__main__":
    
        # 矩阵的创建
        A = np.array([[1, 2], [3, 4]])
        print(A)
    
        # 矩阵的属性
        print(A.shape)
        print(A.T)
    
        # 获取矩阵的元素
        print(A[1, 1])
        print(A[0])
        print(A[:, 0])
        print(A[1, :])
    
        # 矩阵的基本运算
        B = np.array([[5, 6], [7, 8]])
        print(A + B)
        print(A - B)
        print(10 * A)
        print(A * 10)
        print(A * B)
        print(A.dot(B))
    
        p = np.array([10, 100])
        print(A + p)
        print(A + 1)
    
        print(A.dot(p))
    
    
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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/jiangchufeng123/article/details/133956842