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怎么用python建立矩阵

怎么用python建立矩阵

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云计算小粉 2018-05-10 20:09:58 1598 0
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  • 阿里云ping https://ping.gaomeluo.com/aliyun/

    通过观察Python的自有数据类型,我们可以发现Python原生并不提供多维数组的操作,那么为了处理矩阵,就需要使用第三方提供的相关的包。

    NumPy 是一个非常优秀的提供矩阵操作的包。NumPy的主要目标,就是提供多维数组,从而实现矩阵操作。

    NumPy’s main object is the homogeneous multidimensional array. It is a table of elements (usually numbers), all of the same type, indexed by a tuple of positive integers. In NumPy dimensions are called axes.

    基本操作

    创建矩阵

    from numpy import array as matrix, arange

    创建矩阵

    a = arange(15).reshape(3,5)
    a

    Out[10]:

    array([[0., 0., 0., 0., 0.],

    [0., 0., 0., 0., 0.],

    [0., 0., 0., 0., 0.]])

    b = matrix([2,2])
    b

    Out[33]: array([2, 2])

    c = matrix([[1,2,3,4,5,6],[7,8,9,10,11,12]], dtype=int)
    c

    Out[40]:

    array([[ 1, 2, 3, 4, 5, 6],

    [ 7, 8, 9, 10, 11, 12]])

    创建特殊矩阵

    from numpy import zeros, ones,empty

    z = zeros((3,4))
    z

    Out[43]:

    array([[0., 0., 0., 0.],

    [0., 0., 0., 0.],

    [0., 0., 0., 0.]])

    o = ones((3,4))
    o

    Out[46]:

    array([[1., 1., 1., 1.],

    [1., 1., 1., 1.],

    [1., 1., 1., 1.]])

    e = empty((3,4))
    e

    Out[47]:

    array([[0., 0., 0., 0.],

    [0., 0., 0., 0.],

    [0., 0., 0., 0.]])

    矩阵数学运算

    from numpy import array as matrix, arange

    a = arange(9).reshape(3,3)
    a

    Out[10]:

    array([[0, 1, 2],

    [3, 4, 5],

    [6, 7, 8]])

    b = arange(3)
    b

    Out[14]: array([0, 1, 2])

    a + b

    Out[12]:

    array([[ 0, 2, 4],

    [ 3, 5, 7],

    [ 6, 8, 10]])

    a - b

    array([[0, 0, 0],

    [3, 3, 3],

    [6, 6, 6]])

    a * b

    Out[11]:

    array([[ 0, 1, 4],

    [ 0, 4, 10],

    [ 0, 7, 16]])

    a < 5

    Out[12]:

    array([[ True, True, True],

    [ True, True, False],

    [False, False, False]])

    a ** 2

    Out[13]:

    array([[ 0, 1, 4],

    [ 9, 16, 25],

    [36, 49, 64]], dtype=int32)

    a += 3
    a

    Out[17]:

    array([[ 3, 4, 5],

    [ 6, 7, 8],

    [ 9, 10, 11]])

    矩阵内置操作

    from numpy import array as matrix, arange

    a = arange(9).reshape(3,3)
    a

    Out[10]:

    array([[0, 1, 2],

    [3, 4, 5],

    [6, 7, 8]])

    a.max()

    Out[23]: 8

    a.min()

    Out[24]: 0

    a.sum()

    Out[25]: 36

    矩阵索引、拆分、遍历

    from numpy import array as matrix, arange

    a = arange(25).reshape(5,5)
    a

    Out[9]:

    array([[ 0, 1, 2, 3, 4],

    [ 5, 6, 7, 8, 9],

    [10, 11, 12, 13, 14],

    [15, 16, 17, 18, 19],

    [20, 21, 22, 23, 24]])

    a[2,3] # 取第3行第4列的元素

    Out[3]: 13

    a[0:3,3] # 取第1到3行第4列的元素

    Out[4]: array([ 3, 8, 13])

    a[:,2] # 取所有第二列元素

    Out[7]: array([ 2, 7, 12, 17, 22])

    a[0:3,:] # 取第1到3行的所有列

    Out[8]:

    array([[ 0, 1, 2, 3, 4],

    [ 5, 6, 7, 8, 9],

    [10, 11, 12, 13, 14]])

    a[-1] # 取最后一行

    Out[10]: array([20, 21, 22, 23, 24])

    for row in a: # 逐行迭代

    print(row)
    

    [0 1 2 3 4]

    [5 6 7 8 9]

    [10 11 12 13 14]

    [15 16 17 18 19]

    [20 21 22 23 24]

    for element in a.flat: # 逐元素迭代,从左到右,从上到下

    print(element)
    

    0

    1

    2

    3

    ...

    改变矩阵

    from numpy import array as matrix, arange

    b = arange(20).reshape(5,4)

    b

    Out[18]:

    array([[ 0, 1, 2, 3],

    [ 4, 5, 6, 7],

    [ 8, 9, 10, 11],

    [12, 13, 14, 15],

    [16, 17, 18, 19]])

    b.ravel()

    Out[16]:

    array([ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,

    17, 18, 19])

    b.reshape(4,5)

    Out[17]:

    array([[ 0, 1, 2, 3, 4],

    [ 5, 6, 7, 8, 9],

    [10, 11, 12, 13, 14],

    [15, 16, 17, 18, 19]])

    b.T # reshape 方法不改变原矩阵的值,所以需要使用 .T 来获取改变后的值

    Out[19]:

    array([[ 0, 4, 8, 12, 16],

    [ 1, 5, 9, 13, 17],

    [ 2, 6, 10, 14, 18],

    [ 3, 7, 11, 15, 19]])

    合并矩阵

    from numpy import array as matrix,newaxis
    import numpy as np

    d1 = np.floor(10*np.random.random((2,2)))
    d2 = np.floor(10*np.random.random((2,2)))

    d1

    Out[7]:

    array([[1., 0.],

    [9., 7.]])

    d2

    Out[9]:

    array([[0., 0.],

    [8., 9.]])

    np.vstack((d1,d2)) # 按列合并

    Out[10]:

    array([[1., 0.],

    [9., 7.],

    [0., 0.],

    [8., 9.]])

    np.hstack((d1,d2)) # 按行合并

    Out[11]:

    array([[1., 0., 0., 0.],

    [9., 7., 8., 9.]])

    np.column_stack((d1,d2)) # 按列合并

    Out[13]:

    array([[1., 0., 0., 0.],

    [9., 7., 8., 9.]])

    c1 = np.array([11,12])
    c2 = np.array([21,22])

    np.column_stack((c1,c2))

    Out[14]:

    array([[11, 21],

    [12, 22]])

    c1[:,newaxis] # 添加一个“空”列

    Out[18]:

    array([[11],

    [12]])

    np.hstack((c1,c2))

    Out[27]: array([11, 12, 21, 22])

    np.hstack((c1[:,newaxis],c2[:,newaxis]))

    Out[28]:

    array([[11, 21],

    [12, 22]])

    2019-07-17 22:19:57
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