numpy中的linalg

本文详细介绍了使用NumPy进行矩阵运算的方法,包括矩阵求逆、求行列式、以及不同类型的矩阵范数计算,并通过实例展示了如何应用这些函数。
  • (1)np.linalg.inv():矩阵求逆
  • (2)np.linalg.det():矩阵求行列式(标量)

np.linalg.norm

顾名思义,linalg=linear+algebralinalg=linear+algebranormnorm则表示范数,首先需要注意的是范数是对向量(或者矩阵)的度量,是一个标量(scalar)

首先help(np.linalg.norm)查看其文档:

norm(x, ord=None, axis=None, keepdims=False)
  • 1

这里我们只对常用设置进行说明,xx表示要度量的向量,ordord表示范数的种类,

参数说明计算方法
默认二范数:2ℓ2x21+x22++x2nx12+x22+…+xn2
ord=2二范数:2ℓ2同上
ord=1一范数:1ℓ1|x1|+|x2|++|xn||x1|+|x2|+…+|xn|
ord=np.inf无穷范数:ℓ∞max(|xi|)max(|xi|)
>>> x = np.array([3, 4])
>>> np.linalg.norm(x)
5.
>>> np.linalg.norm(x, ord=2)
5.
>>> np.linalg.norm(x, ord=1)
7.
>>> np.linalg.norm(x, ord=np.inf)
4

范数理论的一个小推论告诉我们:12

`numpy.linalg.norm` 函数用于计算向量或矩阵的范数。以下是其功能和使用方法的介绍: ### 功能 `numpy.linalg.norm` 主要用于求解向量或矩阵的各种范数,如 L1 范数、L2 范数、L∞ 范数等,不同的范数在数学和机器学习领域有着不同的应用场景,比如 L2 范数常用于计算向量的长度,也在正则化中广泛使用;L1 范数可用于特征选择等。 ### 使用方法 `np.linalg.norm` 的基本语法为 `np.linalg.norm(x, ord=None, axis=None)`,其中 `x` 是输入的数组,可以是向量或矩阵;`ord` 是范数的类型;`axis` 用于指定计算范数的轴。以下是不同使用场景的示例: #### 向量范数计算 ```python import numpy as np # 示例向量 v = np.array([1, 2, 3]) # 计算向量的 L2 范数(默认) l2_norm = np.linalg.norm(v) print("L2 norm of v:", l2_norm) # 计算向量的 L1 范数 l1_norm = np.linalg.norm(v, ord=1) print("L1 norm of v:", l1_norm) # 计算向量的 L∞ 范数 inf_norm = np.linalg.norm(v, ord=np.inf) print("L∞ norm of v:", inf_norm) ``` #### 矩阵范数计算 ```python # 示例矩阵 M = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]]) # 计算矩阵的 Frobenius 范数(默认) fro_norm = np.linalg.norm(M) print("Frobenius norm of M:", fro_norm) # 计算矩阵的 L1 范数(列和范数) l1_matrix_norm = np.linalg.norm(M, ord=1) print("L1 norm of M:", l1_matrix_norm) # 计算矩阵的 L∞ 范数(行和范数) inf_matrix_norm = np.linalg.norm(M, ord=np.inf) print("L∞ norm of M:", inf_matrix_norm) ``` ### 不同 `ord` 参数对应的范数类型 - `ord=1`:对于矩阵,计算矩阵列相加取最大;对于向量,计算向量元素绝对值之和 [^1]。 - `ord=2`:对于矩阵,计算最大特征值的算术平方根;对于向量,计算向量元素平方和的平方根(L2 范数) [^1]。 - `ord=np.inf`:对于矩阵,计算矩阵行相加取最大;对于向量,计算向量元素绝对值的最大值 [^1]。 ### 输入数组要求 输入数组 `x` 如果 `axis` 为 `None`,`x` 必须是一维或二维的,除非 `ord` 也为 `None`。如果 `axis` 和 `ord` 都为 `None`,将返回 `x.ravel` 的 2 - 范数 [^3]。
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