基于numpy实现矩阵计算器

要求

制作一个Python的矩阵计算器：

① 程序提供任意两矩阵的加、乘法运算；方阵的行列式计算、逆矩阵计算、特征分解；任意矩阵的转置等计算功能，可自行添加功能

② 从控制台通过键盘获取数据并完成以上的计算，不强制要求异常检测

③ 使用8组以上的非典型数据（如对角矩阵，单位矩阵等）进行测试并完成计算结果记录

代码要求：

① 有完整的输入输出提示与代码注释

② 至少具备题目要求所述功能

③ 能够正确输出运算结果

代码

import numpy as np
import os
import time'''
1. 矩阵相加： shape
2. 矩阵相乘： shape
3. 行列式计算 x = y
4. 逆矩阵计算 det != 0
5. 特征分解 x = y
6. 矩阵的转置 None
7. 矩阵相减 shape
8. 矩阵相除 shape
9. 矩阵对应相乘 shape
10. 奇异值分解
'''class MatCal:
"""用来进行两个矩阵进行的操作"""
def __init__(self,mat1,mat2):
self.__mat1 = mat1
self.__mat2 = mat2 def add(self):
if self.__mat1.shape != self.__mat2.shape:
print("两个待相加矩阵的shape不一致，无法操作")
return None
else:
return self.__mat1 + self.__mat2 def multi(self):
"""矩阵对应相乘"""
if self.__mat1.shape != self.__mat2.shape:
print("两个待相乘矩阵的shape不满足要求，无法操作")
return None
return self.__mat1 * self.__mat2 def matmulti(self):
"""矩阵相乘"""
if self.__mat1.shape[1] != self.__mat2.shape[0]:
print("两个待相乘矩阵的shape不满足要求，无法操作")
return None
return np.matmul(self.__mat1,self.__mat2) def sub(self):
"""矩阵相减"""
if self.__mat1.shape != self.__mat2.shape:
print("两个待相减矩阵的shape不满足要求，无法操作")
return None
return self.__mat1 - self.__mat2
def divide(self):
"""矩阵相减"""
if self.__mat1.shape != self.__mat2.shape:
print("两个待相除矩阵的shape不满足要求，无法操作")
return None
return self.__mat1 / self.__mat2class MatCom:
"""用来进行一个矩阵进行操作"""
def __init__(self,mat):
self.__mat = mat def det(self):
"""计算行列式"""
if self.__mat.shape[0] != self.__mat.shape[1]:
print("矩阵行列数目应该相等")
return None
return np.linalg.det(self.__mat) def invert(self):
"""计算逆矩阵"""
if self.det() != None and self.det() != 0:
return np.linalg.inv(self.__mat)
else:
return None def eigs(self):
"""计算矩阵特征分解"""
if self.__mat.shape[0] != self.__mat.shape[1]:
print("矩阵行列数目应该相等")
return None
return np.linalg.eig(self.__mat)# 1. 特征值， 2.特征向量 def svds(self):
"""矩阵奇异值分解"""
return np.linalg.svd(self.__mat)# 1.左奇异 2.奇异值 3. 右奇异 def trans(self):
"""矩阵的转置"""
return self.__mat.Tdef mkMat(row, col):
"""根据row，col进行矩阵的构造"""
print("----start----")
arr = []
for i in range(row):
tmp_arr = []
r = input("请输入第{:d}行内容:".format(i+1))
tmp = r.split()
while len(tmp) != col:
print("您输入尺寸大小不正确，长度应该为:{:d}".format(col))
r = input("请输入第{:d}行内容:".format(i+1))
tmp = r.split()
for j in range(col):
tmp_arr.append(float(tmp[j]))
arr.append(tmp_arr)
print("----end----")
return np.array(arr,dtype=np.float32)def printMat(mat):
for i in range(mat.shape[0]):
for j in range(mat.shape[1]):
print("\t{:.1f}".format(mat[i][j]),end="")
print()def show2Res(mat1,mat2,mat):
print("矩阵:")
printMat(mat1)
print("和矩阵:")
printMat(mat2)
print("运算结果为:")
printMat(mat)if __name__ == "__main__":
str1 = "请输入想要的操作对应序号：\n 1. 矩阵相加 \n 2. 矩阵相乘 \n 3. 行列式计算 \n 4. 逆矩阵计算 \n 5. 特征分解 \n 6. 矩阵的转置\n "
str2 = "7. 矩阵相减 \n 8. 矩阵相除 \n 9. 矩阵对应相乘 \n 10. 奇异值分解 \n 0. 退出 \n 请输入："
while True:
a = input(str1+str2)
if a == "1":
print("计算两个矩阵相加 （两个矩阵的大小需要一相同）")
row1,col1 = input("请输入矩阵1的行:"),input("请输入矩阵1的列:")
mat1 = mkMat(int(row1),int(col1))
row2,col2 = input("请输入矩阵2的行:"),input("请输入矩阵2的列:")
mat2 = mkMat(int(row2),int(col2))
tmp = MatCal(mat1,mat2)
if tmp != None:
show2Res(mat1,mat2,tmp.add())
elif a == "2":
print("计算两个矩阵相乘 （第一个矩阵的第二维与第二个矩阵的第一维需要相同）")
row1,col1 = input("请输入矩阵1的行:"),input("请输入矩阵1的列:")
mat1 = mkMat(int(row1),int(col1))
row2,col2 = input("请输入矩阵2的行:"),input("请输入矩阵2的列:")
mat2 = mkMat(int(row2),int(col2))
tmp = MatCal(mat1,mat2)
if tmp.matmulti() != None:
show2Res(mat1,mat2,tmp.matmulti())
elif a == "3":
print("下面进行行列式计算 (请输入一个矩阵)")
row1,col1 = input("请输入矩阵的行:"),input("请输入矩阵的列:")
mat = mkMat(int(row1),int(col1))
tmp = MatCom(mat)
if tmp.det() != None:
print("矩阵：")
printMat(mat)
print("的行列式值为：{:.2f}".format(tmp.det()))
else:
print("error:请重新输入")
elif a == "4":
print("进行逆矩阵运算(请输入一个矩阵)")
row1,col1 = input("请输入矩阵的行:"),input("请输入矩阵的列:")
mat = mkMat(int(row1),int(col1))
tmp = MatCom(mat)
if tmp.invert().all() != None:
print("矩阵：")
printMat(mat)
print("的逆矩阵为")
printMat(tmp.invert())
else:
print("error: 请重新输入")
elif a == "5":
print("进行矩阵特征分解(请输入一个矩阵)")
row1,col1 = input("请输入矩阵的行:"),input("请输入矩阵的列:")
mat = mkMat(int(row1),int(col1))
tmp = MatCom(mat)
print("矩阵：")
printMat(mat)
if tmp.eigs() != None:
t1,t2 = tmp.eigs()
print("的矩阵特征值为:")
print(t1)
print("特征向量为:")
print(t2)
else:
print("error:请重新输入")
elif a == "6":
print("进行矩阵转置运算(请输入一个矩阵)")
row1,col1 = input("请输入矩阵的行:"),input("请输入矩阵的列:")
mat = mkMat(int(row1),int(col1))
tmp = MatCom(mat)
print("矩阵：")
printMat(mat)
print("的转置矩阵为")
printMat(tmp.trans())
elif a == "7":
print("计算两个矩阵相减 （两个矩阵的大小需要一相同）")
row1,col1 = input("请输入矩阵1的行:"),input("请输入矩阵1的列:")
mat1 = mkMat(int(row1),int(col1))
row2,col2 = input("请输入矩阵2的行:"),input("请输入矩阵2的列:")
mat2 = mkMat(int(row2),int(col2))
tmp = MatCal(mat1,mat2)
if tmp != None:
show2Res(mat1,mat2,tmp.sub())
elif a == "8":
print("计算两个矩阵对应相除 （两个矩阵shape应该一样）")
row1,col1 = input("请输入矩阵1的行:"),input("请输入矩阵1的列:")
mat1 = mkMat(int(row1),int(col1))
row2,col2 = input("请输入矩阵2的行:"),input("请输入矩阵2的列:")
mat2 = mkMat(int(row2),int(col2))
tmp = MatCal(mat1,mat2)
if tmp != None:
show2Res(mat1,mat2,tmp.divide())
elif a == "9":
print("计算两个矩阵对应相乘 （两个矩阵shape应该一样）")
row1,col1 = input("请输入矩阵1的行:"),input("请输入矩阵1的列:")
mat1 = mkMat(int(row1),int(col1))
row2,col2 = input("请输入矩阵2的行:"),input("请输入矩阵2的列:")
mat2 = mkMat(int(row2),int(col2))
tmp = MatCal(mat1,mat2)
if tmp != None:
show2Res(mat1,mat2,tmp.multi())
elif a == "10":
print("进行矩阵奇异值分解(请输入一个矩阵)")
row1,col1 = input("请输入矩阵的行:"),input("请输入矩阵的列:")
mat = mkMat(int(row1),int(col1))
tmp = MatCom(mat)
print("矩阵：")
printMat(mat)
t1,t2,t3 = tmp.svds()
print("的左奇异值为:")
print(t1)
print("奇异值为:")
print(t2)
print("右奇异值为：")
print(t3)
elif a == "0":
break
else:
print("输入错误")
# 暂停一段时间
time.sleep(2)