Python实现的矩阵类实例

本文实例讲述了Python实现的矩阵类。分享给大家供大家参考，具体如下：

科学计算离不开矩阵的运算。当然，python已经有非常好的现成的库：numpy(numpy的简单安装与使用可参考https://www.oudahe.com/p/34434/)。

我写这个矩阵类，并不是打算重新造一个轮子，只是作为一个练习，记录在此。

注：这个类的函数还没全部实现，慢慢在完善吧。

全部代码：

import copy
class Matrix:
  '''矩阵类'''
  def __init__(self,row,column,fill=0.0):
    self.shape = (row,column)
    self.row = row
    self.column = column
    self._matrix = [[fill]*column for i in range(row)]
  # 返回元素m(i,j)的值: m[i,j]
  def __getitem__(self,index):
    if isinstance(index,int):
      return self._matrix[index-1]
    elif isinstance(index,tuple):
      return self._matrix[index[0]-1][index[1]-1]
  # 设置元素m(i,j)的值为s: m[i,j] = s
  def __setitem__(self,index,value):
    if isinstance(index,int):
      self._matrix[index-1] = copy.deepcopy(value)
    elif isinstance(index,tuple):
      self._matrix[index[0]-1][index[1]-1] = value
  def __eq__(self,N):
    '''相等'''
    # A == B
    assert isinstance(N,Matrix),"类型不匹配，不能比较"
    return N.shape == self.shape # 比较维度，可以修改为别的
  def __add__(self,N):
    '''加法'''
    # A + B
    assert N.shape == self.shape,"维度不匹配，不能相加"
    M = Matrix(self.row,self.column)
    for r in range(self.row):
      for c in range(self.column):
        M[r,c] = self[r,c] + N[r,c]
    return M
  def __sub__(self,N):
    '''减法'''
    # A - B
    assert N.shape == self.shape,"维度不匹配，不能相减"
    M = Matrix(self.row,c] - N[r,c]
    return M
  def __mul__(self,N):
    '''乘法'''
    # A * B (或：A * 2.0)
    if isinstance(N,int) or isinstance(N,float):
      M = Matrix(self.row,self.column)
      for r in range(self.row):
        for c in range(self.column):
          M[r,c]*N
    else:
      assert N.row == self.column,"维度不匹配，不能相乘"
      M = Matrix(self.row,N.column)
      for r in range(self.row):
        for c in range(N.column):
          sum = 0
          for k in range(self.column):
            sum += self[r,k] * N[k,r]
          M[r,c] = sum
    return M
  def __div__(self,N):
    '''除法'''
    # A / B
    pass
  def __pow__(self,k):
    '''乘方'''
    # A**k
    assert self.row == self.column,"不是方阵，不能乘方"
    M = copy.deepcopy(self)
    for i in range(k):
      M = M * self
    return M
  def rank(self):
    '''矩阵的秩'''
    pass
  def trace(self):
    '''矩阵的迹'''
    pass
  def adjoint(self):
    '''伴随矩阵'''
    pass
  def invert(self):
    '''逆矩阵'''
    assert self.row == self.column,"不是方阵"
    M = Matrix(self.row,self.column*2)
    I = self.identity() # 单位矩阵
    I.show()#############################
    # 拼接
    for r in range(1,M.row+1):
      temp = self[r]
      temp.extend(I[r])
      M[r] = copy.deepcopy(temp)
    M.show()#############################
    # 初等行变换
    for r in range(1,M.row+1):
      # 本行首元素(M[r,r])若为 0，则向下交换最近的当前列元素非零的行
      if M[r,r] == 0:
        for rr in range(r+1,M.row+1):
          if M[rr,r] != 0:
            M[r],M[rr] = M[rr],M[r] # 交换两行
          break
      assert M[r,r] != 0,'矩阵不可逆'
      # 本行首元素(M[r,r])化为 1
      temp = M[r,r] # 缓存
      for c in range(r,M.column+1):
        M[r,c] /= temp
        print("M[{0},{1}] /= {2}".format(r,c,temp))
      M.show()
      # 本列上、下方的所有元素化为 0
      for rr in range(1,M.row+1):
        temp = M[rr,r] # 缓存
        for c in range(r,M.column+1):
          if rr == r:
            continue
          M[rr,c] -= temp * M[r,c]
          print("M[{0},{1}] -= {2} * M[{3},{1}]".format(rr,temp,r))
        M.show()
    # 截取逆矩阵
    N = Matrix(self.row,self.column)
    for r in range(1,self.row+1):
      N[r] = M[r][self.row:]
    return N
  def jieti(self):
    '''行简化阶梯矩阵'''
    pass
  def transpose(self):
    '''转置'''
    M = Matrix(self.column,self.row)
    for r in range(self.column):
      for c in range(self.row):
        M[r,c] = self[c,r]
    return M
  def cofactor(self,column):
    '''代数余子式（用于行列式展开）'''
    assert self.row == self.column,"不是方阵，无法计算代数余子式"
    assert self.row >= 3,"至少是3*3阶方阵"
    assert row <= self.row and column <= self.column,"下标超出范围"
    M = Matrix(self.column-1,self.row-1)
    for r in range(self.row):
      if r == row:
        continue
      for c in range(self.column):
        if c == column:
          continue
        rr = r-1 if r > row else r
        cc = c-1 if c > column else c
        M[rr,cc] = self[r,c]
    return M
  def det(self):
    '''计算行列式(determinant)'''
    assert self.row == self.column,"非行列式，不能计算"
    if self.shape == (2,2):
      return self[1,1]*self[2,2]-self[1,2]*self[2,1]
    else:
      sum = 0.0
      for c in range(self.column+1):
        sum += (-1)**(c+1)*self[1,c]*self.cofactor(1,c).det()
      return sum
  def zeros(self):
    '''全零矩阵'''
    M = Matrix(self.column,self.row,fill=0.0)
    return M
  def ones(self):
    '''全1矩阵'''
    M = Matrix(self.column,fill=1.0)
    return M
  def identity(self):
    '''单位矩阵'''
    assert self.row == self.column,"非n*n矩阵，无单位矩阵"
    M = Matrix(self.column,self.row)
    for r in range(self.row):
      for c in range(self.column):
        M[r,c] = 1.0 if r == c else 0.0
    return M
  def show(self):
    '''打印矩阵'''
    for r in range(self.row):
      for c in range(self.column):
        print(self[r+1,c+1],end=' ')
      print()
if __name__ == '__main__':
  m = Matrix(3,3,fill=2.0)
  n = Matrix(3,fill=3.5)
  m[1] = [1.,1.,2.]
  m[2] = [1.,2.,1.]
  m[3] = [2.,1.]
  p = m * n
  q = m*2.1
  r = m**3
  #r.show()
  #q.show()
  #print(p[1,1])
  #r = m.invert()
  #s = r*m
  print()
  m.show()
  print()
  #r.show()
  print()
  #s.show()
  print()
  print(m.det())

更多关于Python相关内容可查看本站专题：《Python数学运算技巧总结》、《Python正则表达式用法总结》、《Python数据结构与算法教程》、《Python函数使用技巧总结》、《Python字符串操作技巧汇总》及《Python入门与进阶经典教程》

希望本文所述对大家Python程序设计有所帮助。

（编辑：安卓应用网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!