Python基础实现矩阵类 1

2023-04-13 16:20| 来源: 网络整理| 查看: 265

Python基础实现矩阵类 1 总目标本节小目标定义矩阵类 __init__() is_mn_matrix() 让print能够打印矩阵对象 __str__() 能够进行矩阵的加、减、数乘矩阵加减 copy() get_size() add/minus 数乘 k_multipy() 代码汇总

总目标

Python语法基础也学了挺久的了。但一直没有什么练习的机会。突然灵光一现，毕竟我是学数学的。不如用Python基础语法来实现数学里的一些东西吧。奈何数分实现难度太高，仅依靠我学的一点点Python语法皮毛，根本无从下手。这时我想起了高代。作为高代知识的重要载体，矩阵有着许许多多的性质，而这些性质大部分与数的运算有关。这便于用基础程序实现。本专题的总目标就是:利用Python基础语法，实现一个矩阵类，能够进行矩阵的加、减、乘、逆，数乘、转置、化阶梯型等各种矩阵运算。

本节小目标定义矩阵类(Matrix) 让print能够打印矩阵对象能够进行矩阵的加、减、数乘定义矩阵类

好吧。首先要定义出一个矩阵类来。类名是Matrix。

class Matrix(object):

定义一个类，首先要想好构造函数。让我们来看看矩阵的定义:

由 m × n 个数域P中的数组成的m行n列数表

从中我们可以提取出三个要素:

m行 n列数表

所以我们的构造函数的三个参数也分别是这三个要素:

def __init__(self,m:int,n:int,matrix=None):

其中m是矩阵的行数，类型一定要是int.n是矩阵的列数，类型为int.matrix需要是一个二维列表，默认可以不传入。

构造函数的功能大概是: 传入m,n,如果传入了一个由m个长度为n的列表组成的二维列表matrix，那么设置这个矩阵对象的m属性为m，n属性为n，matrix属性为matrix.如果没有传入matrix，那么就自动创建一个m×n的元素全为1的矩阵，设置m,n,matrix等属性。既然框架已经有了。那么就用代码开始实践吧！

init() class Matrix(object): """矩阵类""" def __init__(self, m: int, n: int, matrix=None): """ m:行数 n:列数 matrix:二维列表 """ if matrix: # 传入了matrix if is_mn_matrix(matrix, m, n): # matrix为正确的m×n二维列表 self.m = m self.n = n self.matrix = matrix return else: print(f"矩阵形状错误，将默认创建{m}×{n}全1矩阵...") # 没传入matrix self.m = m self.n = n self.matrix = [[1 for i in range(n)] for j in range(m)] # 创建默认全一矩阵 is_mn_matrix()

其中is_mn_matrix这个判断函数我们在类外写就行了。

def is_mn_matrix(matrix: list[list], m:int, n:int): """判断二维列表是否是m×n型矩阵""" yes = True # 设置标志 if len(matrix) == m: # 行数确实是m for i in range(m): if len(matrix[i]) != n: # 如果有列数不是n，就返回错 yes = False break else: # 行数不是m，返回错 yes = False return yes

写到这里，我们的第一步就已经完成了。我们成功编写了Matrix类的构造函数。试验一下。

if __name__ == "__main__": #试验代码入口 a = Matrix(3, 3, [[1, 2, 3], [2, 3, 4], [5, 6, 7]]) print(a) print(a.matrix) b = Matrix(3, 3, [[2, 2], [4, 4]]) print(b) print(b.matrix) c = Matrix(3, 3) print(c) print(c.matrix)

运行结果没有问题:

[[1, 2, 3], [2, 3, 4], [5, 6, 7]] 矩阵形状错误，将默认创建3×3全1矩阵... [[1, 1, 1], [1, 1, 1], [1, 1, 1]] [[1, 1, 1], [1, 1, 1], [1, 1, 1]] 让print能够打印矩阵对象

上面的实验过程中，我们发现将Matrix对象传入print()函数，只会打印出极其难看的

我们当然希望打印一个矩阵，能直接看出它的形状和各元素排列。

str()

这个时候魔法方法__str__ 就能派上用场了。废话不多说，直接上代码:

def __str__(self): """打印矩阵""" string = f"{self.m}×{self.n}矩阵:\n" #行列信息 for row in self.matrix: for item in row: string += f"{int(item):n}全1矩阵...") # 没传入matrix self.m = m self.n = n self.matrix = [[1 for i in range(n)] for j in range(m)] # 创建默认全一矩阵 def get_size(self): """返回矩阵大小""" return self.m, self.n def add(self, other: "Matrix"): """加other矩阵""" if self.get_size() != other.get_size(): print("矩阵大小不匹配!") return new = self.copy() for i in range(self.m): for j in range(self.n): new.matrix[i][j] += other.matrix[i][j] # 对应元素相加 return new def minus(self, other: "Matrix"): """减other矩阵""" if self.get_size() != other.get_size(): print("矩阵大小不匹配!") return new = self.copy() for i in range(self.m): for j in range(self.n): new.matrix[i][j] -= other.matrix[i][j] # 对应元素相减 return new def k_multipy(self, k): """k数乘""" new = self.copy() for i in range(self.m): for j in range(self.n): new.matrix[i][j] *= k return new def copy(self): """复制""" new = Matrix(self.m, self.n) for i in range(self.m): for j in range(self.n): new.matrix[i][j] = self.matrix[i][j] return new def __str__(self): """打印矩阵""" string = f"{self.m}×{self.n}矩阵:\n" # 行列信息 for row in self.matrix: for item in row: string += f"{int(item):

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