scipy.linalg中kron的用法

本文通过实例解析了Kronecker积(kron)在NumPy和SciPy中的应用,展示了如何利用这一数学概念进行矩阵运算,揭示了其与常规矩阵乘法的区别。
import numpy as np
import scipy.linalg as la

在进行数学运算的时候,我们会使用到一些矩阵相关的运算,其中kron就是其中的一个,但是kron并不是我们在线性代数里面用到的那种矩阵的乘法运算,下面我们通过一个例子去深入的理解kron的用法

A=np.array([[1,2,3],[4,5,6]])
B=np.array([[10,20]])
la.kron(B,A)

输出的结果为:
array([[ 10, 20, 30, 20, 40, 60],
[ 40, 50, 60, 80, 100, 120]])
我们可以看到这是把第一个参数B拆开,用B里面的每一项去遍历的乘A里面的每一项。
接下来我们在看一种情况:

C=np.array([[10],[20]])
la.kron(C,A)

得到的结果为:
array([[ 10, 20, 30],
[ 40, 50, 60],
[ 20, 40, 60],
[ 80, 100, 120]])
由此我们可以进一步的认为,我们得到的这个结果最外层的形状是和第一个参数的形状是一样的,然后每个位置的值去遍历乘取第二个参数的值。其实这个说白了就是我们数学上面使用的直积。

import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from scipy.sparse import diags, kron from scipy.sparse.linalg import spsolve # 参数设置 L = 2.0 # 空间域边长 [-1,1] Nx, Ny = 101, 101 # 空间网格数 dx = L/(Nx-1) # 空间步长 dy = L/(Ny-1) T = 1.0 # 总时间 Nt = 100 # 时间步数 dt = T/Nt # 时间步长 x = np.linspace(-1,1,Nx) y = np.linspace(-1,1,Ny) X, Y = np.meshgrid(x, y) # 系数矩阵生成函数 def build_system_matrix(N, a_func, dx): main_diag = np.zeros(N) off_diag = np.zeros(N-1) for i in range(1,N-1): a_L = 0.5*(a_func[i] + a_func[i-1]) a_R = 0.5*(a_func[i] + a_func[i+1]) main_diag[i] = -(a_L + a_R)/dx**2 off_diag[i-1] = a_R/dx**2 return diags([off_diag, main_diag, off_diag], [-1, 0, 1]) # 定义变系数函数 a = np.exp(-(2*X-1)**2 - (2*Y-1)**2) # 初始化解矩阵 u = np.sin(np.pi*X) * np.sin(np.pi*Y) # 初始条件 u = u.reshape(-1) # 展平为一维向量 # 构建x方向和y方向的离散矩阵 A_x = build_system_matrix(Nx, a[0,:], dx) A_y = build_system_matrix(Ny, a[:,0], dy) A_total = kron(A_y, np.eye(Nx)) + kron(np.eye(Ny), A_x) # 隐式时间推进 I = diags([np.ones(Nx*Ny)], [0]) for n in range(Nt): rhs = u + 0.1*dt*(A_total.dot(u)) u = spsolve(I - 0.1*dt*A_total, rhs) # 结果可视化 u_plot = u.reshape(Ny, Nx) fig = plt.figure(figsize=(12,5)) ax1 = fig.add_subplot(121, projection='3d') ax1.plot_surface(X, Y, u_plot, cmap='coolwarm') ax1.set_title('Numerical Solution') ax2 = fig.add_subplot(122) levels = np.linspace(u_plot.min(), u_plot.max(), 20) contour = ax2.contourf(X, Y, u_plot, levels=levels, cmap='coolwarm') plt.colorbar(contour) ax2.set_title('Heatmap') plt.show()解释这个代码中的方程并检查错误
03-14
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值