Python Numpy中mat矩阵类的核心用法与操作指南

山海之间
山海之间
发布时间:2026-10-13| 6人浏览过
原创

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]])

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持本站。

相关标签:

免责声明:本文内容仅供参考,不代表本站观点。转载或引用请注明出处。

Python 相关产品和应用

全部下载
Selenium

Selenium

4.51.0 · Windows

用于浏览器自动化和 Web 测试的 Python 工具。

scikit-learn

scikit-learn

1.9.1 · Windows

常用 Python 机器学习算法与模型评估工具库。

Black

Black

26.10.1 · Windows

强调一致性的 Python 自动代码格式化工具。

Ruff

Ruff

0.17.1 · macOS

由 Rust 编写的高速 Python 代码检查和格式化工具。

pytest

pytest

9.1.1 · Windows

简洁而强大的 Python 自动化测试框架。

FastAPI

FastAPI

0.146.0 · Windows

高性能 Python API 框架,支持类型提示和自动接口文档。

Flask

Flask

3.1.3 · Windows

轻量灵活的 Python Web 应用框架。

Django

Django

6.1.2 · Windows

成熟的 Python Web 框架,适合构建内容站点和业务系统。

Spyder

Spyder

6.1.7 · Windows

面向科学计算与数据分析的 Python 集成开发环境。

SciPy

SciPy

1.18.1 · Windows

面向科学、工程和技术计算的 Python 算法库。