Python Numpy中mat矩阵类的核心用法与操作指南
本文详解Python Numpy库中mat矩阵类的创建、索引、乘法及转置求逆等核心操作。通过对比ndarray,解析重载运算符*与np.dot/matmul的区别,并展示矩阵转置与求逆的简便方法,帮助开发者高效处理线性代数运算。
mat矩阵类概述与基本操作
此前曾介绍过使用ndarray进行模拟的方法,但mat类更贴合矩阵的定义,其功能与Matlab中的矩阵操作高度相似(注:mat与matrix在此语境下等同)。
基本操作
>>> m= np.mat([1,2,3]) #创建矩阵
>>> m
matrix([[1, 2, 3]])
>>> m[0] #取一行
matrix([[1, 2, 3]])
>>> m[0,1] #第一行,第2个数据
2
>>> m[0][1] #注意不能像数组那样取值了
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "/usr/lib64/python2.7/site-packages/numpy/matrixlib/defmatrix.py", line 305, in __getitem__
out = N.ndarray.__getitem__(self, index)
IndexError: index 1 is out of bounds for axis 0 with size 1
#将Python的列表转换成NumPy的矩阵
>>> list=[1,2,3]
>>> mat(list)
matrix([[1, 2, 3]])
#Numpy dnarray转换成Numpy矩阵
>>> n = np.array([1,2,3])
>>> n
array([1, 2, 3])
>>> np.mat(n)
matrix([[1, 2, 3]])
#排序
>>> m=np.mat([[2,5,1],[4,6,2]]) #创建2行3列矩阵
>>> m
matrix([[2, 5, 1],
[4, 6, 2]])
>>> m.sort() #对每一行进行排序
>>> m
matrix([[1, 2, 5],
[2, 4, 6]])
>>> m.shape #获得矩阵的行列数
(2, 3)
>>> m.shape[0] #获得矩阵的行数
2
>>> m.shape[1] #获得矩阵的列数
3
#索引取值
>>> m[1,:] #取得第一行的所有元素
matrix([[2, 4, 6]])
>>> m[1,0:1] #第一行第0个元素,注意左闭右开
matrix([[2]])
>>> m[1,0:3]
matrix([[2, 4, 6]])
>>> m[1,0:2]
matrix([[2, 4]])
矩阵求逆、行列式
与Numpy array相同,可参考链接。
矩阵乘法与点乘运算
矩阵乘法
矩阵乘法与Numpy ndarray类似,既可以使用np.dot()和np.matmul()函数,此外,由于matrix类重载了“*”运算符,因此直接使用“*”符号也能执行矩阵乘法。
>>> a = np.mat([[1,2,3], [2,3,4]])
>>> b = np.mat([[1,2], [3,4], [5,6]])
>>> a
matrix([[1, 2, 3],
[2, 3, 4]])
>>> b
matrix([[1, 2],
[3, 4],
[5, 6]])
>>> a * b #方法一
matrix([[22, 28],
[31, 40]])
>>> np.matmul(a, b) #方法二
matrix([[22, 28],
[31, 40]])
>>> np.dot(a, b) #方法三
matrix([[22, 28],
[31, 40]])
点乘(元素级乘法)仅剩下multiply方法可用。
>>> a = np.mat([[1,2], [3,4]])
>>> b = np.mat([[2,2], [3,3]])
>>> np.multiply(a, b)
matrix([[ 2, 4],
[ 9, 12]])
矩阵转置与求逆技巧
矩阵转置
转置操作包含两种实现方式:
>>> a
matrix([[1, 2],
[3, 4]])
>>> a.T #方法一,ndarray也行
matrix([[1, 3],
[2, 4]])
>>> np.transpose(a) #方法二
matrix([[1, 3],
[2, 4]])
值得一提的是,在matrix类中求逆还有一种简便写法(此特性在ndarray中不可用):
>>> a
matrix([[1, 2],
[3, 4]])
>>> a.I
matrix([[-2. , 1. ],
[ 1.5, -0.5]])
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