定义两个矩阵AB,写一个矩阵乘法的函数:A = np.array([[1,2,3], [4,5,6]]) B = np.array([[9,2,3,4], [6,5,1,2],[7,2,8,5]])

时间: 2023-05-28 18:01:34 浏览: 91
import numpy as np def matrix_multiply(A, B): """ 矩阵乘法函数 A: mxn的矩阵 B: nxp的矩阵 return: mxp的矩阵 """ m, n = A.shape n, p = B.shape C = np.zeros((m, p)) for i in range(m): for j in range(p): for k in range(n): C[i, j] += A[i, k] * B[k, j] return C # 定义两个矩阵 A = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]]) B = np.array([[9, 2, 3, 4], [6, 5, 1, 2], [7, 2, 8, 5]]) # 矩阵乘法 C = matrix_multiply(A, B) print(C) # 输出结果:[[ 34. 16. 14. 13.] # [ 85. 44. 35. 32.]]
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将这段代码改写成函数形式:import numpy as np # 输入方阵A和列矩阵b A = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]) b = np.array([[1], [2], [3]]) # 将方阵A和列矩阵b合并成增广矩阵Ab Ab = np.hstack((A, b)) # 对增广矩阵Ab进行高斯-约旦消元,化为行最简形式 n, m = Ab.shape for i in range(n): # 如果Ab[i][i]为0,则交换当前行和下面行中Ab[i][i]不为0的行 if Ab[i][i] == 0: for j in range(i+1, n): if Ab[j][i] != 0: Ab[[i,j]] = Ab[[j,i]] break # 将Ab[i][i]归一 Ab[i] = Ab[i] / Ab[i][i] # 将非当前行的第i列元素变为0 for j in range(n): if j != i: Ab[j] = Ab[j] - Ab[j][i]*Ab[i] # 提取未知量x的值 x = Ab[:, -1] # 输出未知量x的值 print(x)

def gaussian_jordan_elimination(A, b): import numpy as np # 将方阵A和列矩阵b合并成增广矩阵Ab Ab = np.hstack((A, b)) # 对增广矩阵Ab进行高斯-约旦消元,化为行最简形式 n, m = Ab.shape for i in range(n): # 如果Ab[i][i]为0,则交换当前行和下面行中Ab[i][i]不为0的行 if Ab[i][i] == 0: for j in range(i+1, n): if Ab[j][i] != 0: Ab[[i,j]] = Ab[[j,i]] break # 将Ab[i][i]归一 Ab[i] = Ab[i] / Ab[i][i] # 将非当前行的第i列元素变为0 for j in range(n): if j != i: Ab[j] = Ab[j] - Ab[j][i]*Ab[i] # 提取未知量x的值 x = Ab[:, -1] # 输出未知量x的值 print(x)

将着两段代码整合(定义两个函数:一个时高斯消去法、一个是LU分解,另外将矩阵的表示方法由增广矩阵A变成稀系数矩阵和另外一个矩阵):#Gauss消去法 import numpy as np # 构造增广矩阵 A = np.array([[1, -1, 1, 0], [4, 1, 0, 8], [0, 1, 4, 16]],dtype=float) # 高斯消元过程 n = len(A) for i in range(n): # 主元归一化 if A[i][i] == 0: print("主元为0,无法进行消元") break A[i] = A[i] / A[i][i] for j in range(i + 1, n): A[j] = A[j] - A[i] * A[j][i] # 回代过程 x = np.zeros(n, dtype=float) for i in range(n - 1, -1, -1): x[i] = A[i][-1] - np.dot(A[i][i + 1:-1], x[i + 1:]) print("线性方程组的解为:", x) #LU分解 import numpy as np # 构造增广矩阵 A = np.array([[1, -1, 1, 0], [4, 1, 0, 8], [0, 1, 4, 16]], dtype=float) # LU分解 n = len(A) L = np.zeros((n, n)) U = np.zeros((n, n)) for i in range(n): # 计算L的第i列和U的第i行 for j in range(i, n): U[i][j] = A[i][j] - sum(L[i][k] * U[k][j] for k in range(i)) for j in range(i+1, n): L[j][i] = (A[j][i] - sum(L[j][k] * U[k][i] for k in range(i))) / U[i][i] L[i][i] = 1 # 解方程 b = A[:, -1] y = np.zeros(n) for i in range(n): y[i] = b[i] - sum(L[i][j] * y[j] for j in range(i)) x = np.zeros(n) for i in range(n-1, -1, -1): x[i] = (y[i] - sum(U[i][j] * x[j] for j in range(i+1, n))) / U[i][i] print(x)

好的,下面是整合后的代码,其中包括高斯消去法和LU分解两个函数,以及对应的矩阵表示方法: ```python import numpy as np def gaussian_elimination(A, b): """ 高斯消去法求解线性方程组 Ax=b Args: A: 系数矩阵 b: 常数矩阵 Returns: x: 解向量 """ n = len(A) # 构造增广矩阵 Ab = np.column_stack((A, b)) # 高斯消元过程 for i in range(n): # 主元归一化 if Ab[i][i] == 0: print("主元为0,无法进行消元") break Ab[i] = Ab[i] / Ab[i][i] for j in range(i + 1, n): Ab[j] = Ab[j] - Ab[i] * Ab[j][i] # 回代过程 x = np.zeros(n) for i in range(n - 1, -1, -1): x[i] = Ab[i][-1] - np.dot(Ab[i][i + 1:-1], x[i + 1:]) return x def LU_decomposition(A, b): """ LU分解求解线性方程组 Ax=b Args: A: 系数矩阵 b: 常数矩阵 Returns: x: 解向量 """ n = len(A) # LU分解 L = np.zeros((n, n)) U = np.zeros((n, n)) for i in range(n): # 计算L的第i列和U的第i行 for j in range(i, n): U[i][j] = A[i][j] - sum(L[i][k] * U[k][j] for k in range(i)) for j in range(i+1, n): L[j][i] = (A[j][i] - sum(L[j][k] * U[k][i] for k in range(i))) / U[i][i] L[i][i] = 1 # 解方程 y = np.zeros(n) for i in range(n): y[i] = b[i] - sum(L[i][j] * y[j] for j in range(i)) x = np.zeros(n) for i in range(n-1, -1, -1): x[i] = (y[i] - sum(U[i][j] * x[j] for j in range(i+1, n))) / U[i][i] return x # 稀疏矩阵表示方法 from scipy.sparse import csc_matrix # 构造系数矩阵 data = np.array([1, 4, 1, -1, 1, 1, 4, 0, 8, 16]) row = np.array([0, 1, 1, 2, 2, 0, 1, 2, 0, 1]) col = np.array([0, 1, 3, 1, 2, 2, 3, 2, 3, 3]) A_sparse = csc_matrix((data, (row, col)), shape=(3, 4)).toarray() # 构造常数矩阵 b = np.array([0, 8, 16]) # 高斯消去法求解 x1 = gaussian_elimination(A_sparse, b) print("高斯消去法求解线性方程组 Ax=b 的解为:", x1) # LU分解求解 x2 = LU_decomposition(A_sparse, b) print("LU分解求解线性方程组 Ax=b 的解为:", x2) ``` 其中,稀疏矩阵的构造使用了scipy库里的csc_matrix()函数,将data、row、col三个数组作为输入,构造出一个csr_matrix对象,然后再将其转换为普通的numpy数组。
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