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3.2 矩阵和向量运算

矩阵加法和乘法是矩阵运算中最常用的操作之一,两个矩阵相加,需要它们的形状相同,进行对应元素的相加,如:C=A+B,其中C i,j =A i,j +B i,j 。矩阵也可以和向量相加,只要它们的列数相同,相加的结果是矩阵每行与向量相加,这种隐式复制向量b到很多位置的方式称为广播(broadcasting),下面我们通过一个代码实例来说明。


C=np.array([[1,2,3],[4,5,6]])
b=np.array([10,20,30])
D=C+b
print(D)

打印结果为:


[[11 22 33]
   [14 25 36]]

两个矩阵相加,要求它们的形状相同,如果两个矩阵相乘,如A和B相乘,结果为矩阵C,那么矩阵A和B需要什么条件呢?条件比较简单,只要矩阵A的列数和矩阵B的行数相同即可。如果矩阵A的形状为m×n,矩阵B的形状为n×p,那么矩阵C的形状就是m×p,例如C=A·B,则它们的具体乘法操作定义为:

即矩阵C的第i,j个元素C i,j 为矩阵的A第i行与矩阵B的第j列的内积。

矩阵乘积有很多重要性质,如满足分配律(A(B+C)=AB+AC)和结合律(A(BC)=(AB)C)。大家思考一下是否满足交换律?

另外,转置也有很好的性质,如:(AB) T =B T A T

两个矩阵可以相乘,矩阵也可以和向量相乘,只要矩阵的列数等于向量的行数或元素个数。如:

其中W∈R m×n ,b∈R m ,x∈R n ,假设向量 ,则W 1,: x=b 1 ,W 2 ,:x=b 2 ,……W m ,:x=b m AS6MykFHOGsjppDLam9ci7fHANoP2KMG9AwD0BjRw5Vy9V2CTPsxY5B0mwUnnxFQ

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