numpy的几种运算

import numpy as np
#fromfunction()方法可以根据矩阵的行号列号生成矩阵的元素。
def fun(i,j):
	return i+j
print np.fromfunction(fun,(5,6))
#求矩阵的逆需要先导入numpy.linalg,用linalg的inv函数来求逆
import numpy.linalg as lg
a=np.array([1,2,3,4]).reshape(2,2)
print a
print lg.inv(a)

输出:
[[0. 1. 2. 3. 4. 5.]
[1. 2. 3. 4. 5. 6.]
[2. 3. 4. 5. 6. 7.]
[3. 4. 5. 6. 7. 8.]
[4. 5. 6. 7. 8. 9.]]
[[1 2]
[3 4]]
[[-2. 1. ]
[ 1.5 -0.5]]

一.一维矩阵的加,减,平方,三角函数

import  numpy as np
a=np.array([10,20,30,40])
b=np.arange(4)#0,1,2,3
c=b**2
d=np.sin(a)
e=np.cos(a)
f=np.tan(a)
print(a+b)
print(a-b)
print(c)
print(d)
print(e)
print(f)
print(b<3)#返回Ture或者False,bool类型的矩阵

输出结果:
[10 21 32 43]
[10 19 28 37]
[0 1 4 9]
[-0.54402111 0.91294525 -0.98803162 0.74511316]
[-0.83907153 0.40808206 0.15425145 -0.66693806]
[ 0.64836083 2.23716094 -6.4053312 -1.11721493]
[ True True True False]
二.多维矩阵的乘法

import  numpy as np
a=np.array([[1,1],
			[0,1]])
b=np.arange(4).reshape((2,2))
c=a*b#两个同型矩阵对应元素的乘积
c_dot=np.dot(a,b)#矩阵的乘法运算
c_dot_2=a.dot(b) #矩阵ab的乘积
print(c)
print(c_dot)
print(c_dot_2)

输出的结果:
[[0 1]
[0 3]]

[[2 4]
[2 3]]

[[2 4]
[2 3]]

三.多维矩阵行列运算

import  numpy as np     
a=np.array([[1,2,3],[2,3,4]])#shape=2x4
print(a)                
print(np.sum(a)) #15       
print(np.max(a)) #4      
print(np.min(a)) #1       
print(np.sum(a,axis=1)) #行求和[6,9]
print(np.sum(a,axis=0)) #列求和[3,5,7]
print(np.max(a,axis=0)) #列最大[2,3,4]
print(np.min(a,axis=1)) #行最小[1,2]

输出结果:
[[1 2 3]
[2 3 4]]
四.矩阵的索引运算
argmin() 和 argmax() 两个函数分别对应着求矩阵中最小元素和最大元素的索引。相应的,在矩阵的12个元素中,最小值即2,对应索引0,最大值为13,对应索引为11。

import  numpy as np      
A=np.arange(2,14).reshape
print(A)                 
print(np.argmin(A))  #0  
print(np.argmax(A))  #11 
print(np.mean(A))  # 均值7.5 
print(A.mean())    #均值 7.5  
print(np.average(A))# 均值7.5
print(np.median(A))  #中位数7.5    
print(np.cumsum(A)) # 累加[ 2  5  9 14 20 27 35 44 54 65 77 90]
print(np.diff(A))#下面显示
#将所有非零元素的行与列坐标分割开,重构成两个分别关于行和列的矩阵
print(np.nonzero(A))   

输出结果
[[ 2 3 4 5]
[ 6 7 8 9]
[10 11 12 13]]
累查:np.diff(A)
[[1 1 1]
[1 1 1]
[1 1 1]]
np.nonzero(A):
(array([0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2]), array([0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3]))
五.矩阵的运算
对所有元素进行仿照列表一样的排序操作,但这里的排序函数仍然仅针对每一行进行从小到大排序操作:

import  numpy as np
A=np.arange(14,2,-1).reshape(3,4)#从14到3,步长为-1
print(A)
print(np.sort(A))  #每一行排序                               

输出:
[[14 13 12 11]
[10 9 8 7]
[ 6 5 4 3]]
[[11 12 13 14]
[ 7 8 9 10]
[ 3 4 5 6]]
六.矩阵的转置有两种表示方法

import  numpy as np
A=np.arange(1,10).reshape(3,3)
print(A)
print(np.transpose(A))
print(A.T)

输出结果
[[1 2 3]
[4 5 6]
[7 8 9]]
[[1 4 7]
[2 5 8]
[3 6 9]]
[[1 4 7]
[2 5 8]
[3 6 9]]
七.矩阵截取clip

import numpy as np
a=np.arange(1,13).reshape((3,4))
print(a)
print(np.clip(a,5,9))#最小5,最大9,小于5的都成了5,大于9的都成了9

输出结果
[[ 1 2 3 4]
[ 5 6 7 8]
[ 9 10 11 12]]
[[5 5 5 5]
[5 6 7 8]
[9 9 9 9]]

### 如何使用 NumPy 进行矩阵运算 #### 导入库 为了能够利用 NumPy 的强大功能来进行矩阵运算,首先需要导入该库。这可以通过简单的 `import` 语句来完成[^1]。 ```python import numpy as np ``` #### 创建矩阵 一旦成功导入了 NumPy 库之后,就可以着手创建所需的矩阵对象。这里展示了两种常见的创建方式——一种是从表转换而来;另一种则是直接调用 NumPy 函数生成特定模式的数据集[^2]。 ##### 使用数组构建矩阵 可以将 Python 表传递给 `np.array()` 来快速构造一个二维数组表示的矩阵: ```python matrix_a = np.array([[1, 2], [3, 4]]) print(matrix_a) ``` ##### 调用专用函数生成特殊类型的矩阵 除了手动输入外,还可以借助于一些预定义的方法来自动生成具有固定结构特征的矩阵,比如单位阵(identity matrix),全零/一填充的方阵等: ```python eye_matrix = np.eye(3) # 单位阵 (3x3) zero_matrix = np.zeros((2, 2)) # 零矩阵 (2x2) ones_matrix = np.ones((2, 3)) # 全部元素均为1的矩形矩阵 (2x3) print("Eye Matrix:\n", eye_matrix) print("\nZero Matrix:\n", zero_matrix) print("\nOnes Matrix:\n", ones_matrix) ``` #### 基本算术操作 有了上述准备好的矩阵后,便可以直接对其进行加减乘除四则混合计算以及其他更复杂的变换处理。下面举了几种典型的操作案例及其对应的实现代码片段。 ##### 加法与减法 两个相同尺寸大小的矩阵之间支持逐元素除法以及相加求和: ```python add_result = matrix_a + eye_matrix[:2,:2] sub_result = matrix_a - eye_matrix[:2,:2] print("Addition Result:\n", add_result) print("\nSubtraction Result:\n", sub_result) ``` ##### 点积(内积) 对于任意形状匹配的一对或多维张量而言,可通过 `.dot()` 方法或者 @ 符号来执行标准意义上的点乘累积求和过程: ```python product_result = matrix_a.dot(np.transpose(matrix_a)) alt_product_result = matrix_a @ np.linalg.inv(matrix_a) print("Dot Product Result:\n", product_result) print("\nAlternative Dot Product with Inverse:\n", alt_product_result) ``` #### 高级特性 除此之外,在实际编程过程中还经常需要用到诸如转置、求逆等一系高级属性访问接口。这些都已经被集成到了 NumPy 当中并提供给了开发者们方便快捷地调用[^3]。 ##### 获取行式的值 如果想要获取某个正方形矩阵所对应的空间体积缩放比例因子,则可采用如下所示的方式读取其绝对意义下的行式数值: ```python determinant_value = np.linalg.det(matrix_a) print("Determinant Value:", determinant_value) ``` ##### 计算逆矩阵 当面对非奇异性的满秩情况时,即存在唯一解的情形下,允许我们尝试去寻找原初系数矩阵 A 关联起来的那个伴随矩阵 B ,满足 AB=BA=E (E 表示同阶单位阵)。此时只需简单调用一次 `linalg.inv()` 就能搞定一切麻烦事啦! ```python inverse_matrix = np.linalg.inv(matrix_a) print("Inverse Matrix:\n", inverse_matrix) ```
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