Python实现矩阵相乘的三种方法小结

yipeiwu_com7年前Python基础

问题描述

分别实现矩阵相乘的3种算法,比较三种算法在矩阵大小分别为22∗2222∗22, 23∗2323∗23, 24∗2424∗24, 25∗2525∗25, 26∗2626∗26, 27∗2727∗27, 28∗2828∗28, 29∗2929∗29时的运行时间与MATLAB自带的矩阵相乘的运行时间,绘制时间对比图。

解题方法

本文采用了以下方法进行求值:矩阵计算法、定义法、分治法和Strassen方法。这里我们使用Matlab以及Python对这个问题进行处理,比较两种语言在一样的条件下,运算速度的差别。

编程语言

Python

具体代码

#-*- coding: utf-8 -*-
from matplotlib.font_manager import FontProperties
import numpy as np
import time
import random
import math
import copy
import matplotlib.pyplot as plt

#n = [2**2, 2**3, 2**4, 2**5, 2**6, 2**7, 2**8, 2**9, 2**10, 2**11, 2**12]
n = [2**2, 2**3, 2**4, 2**5, 2**6, 2**7, 2**8, 2**9, 2**10, 2**11]
Sum_time1 = []
Sum_time2 = []
Sum_time3 = []
Sum_time4 = []
for m in n:
 A = np.random.randint(0, 2, [m, m])
 B = np.random.randint(0, 2, [m, m])
 A1 = np.mat(A)
 B1 = np.mat(B)
 time_start = time.time()
 C1 = A1*B1
 time_end = time.time()
 Sum_time1.append(time_end - time_start)

 C2 = np.zeros([m, m], dtype = np.int)
 time_start = time.time()
 for i in range(m):
  for k in range(m):
   for j in range(m):
    C2[i, j] = C2[i, j] + A[i, k] * B[k, j]
 time_end = time.time()
 Sum_time2.append(time_end - time_start)
 A11 = np.mat(A[0:m//2, 0:m//2])
 A12 = np.mat(A[0:m//2, m//2:m])
 A21 = np.mat(A[m//2:m, 0:m//2])
 A22 = np.mat(A[m//2:m, m//2:m])
 B11 = np.mat(B[0:m//2, 0:m//2])
 B12 = np.mat(B[0:m//2, m//2:m])
 B21 = np.mat(B[m//2:m, 0:m//2])
 B22 = np.mat(B[m//2:m, m//2:m])
 time_start = time.time()
 C11 = A11 * B11 + A12 * B21
 C12 = A11 * B12 + A12 * B22
 C21 = A21 * B11 + A22 * B21
 C22 = A21 * B12 + A22 * B22
 C3 = np.vstack((np.hstack((C11, C12)), np.hstack((C21, C22))))
 time_end = time.time()
 Sum_time3.append(time_end - time_start)
 time_start = time.time()
 M1 = A11 * (B12 - B22)
 M2 = (A11 + A12) * B22
 M3 = (A21 + A22) * B11
 M4 = A22 * (B21 - B11)
 M5 = (A11 + A22) * (B11 + B22)
 M6 = (A12 - A22) * (B21 + B22)
 M7 = (A11 - A21) * (B11 + B12)
 C11 = M5 + M4 - M2 + M6
 C12 = M1 + M2
 C21 = M3 + M4
 C22 = M5 + M1 - M3 - M7
 C4 = np.vstack((np.hstack((C11, C12)), np.hstack((C21, C22))))
 time_end = time.time()
 Sum_time4.append(time_end - time_start)

f1 = open('python_time1.txt', 'w')
for ele in Sum_time1:
 f1.writelines(str(ele) + '\n')
f1.close()

f2 = open('python_time2.txt', 'w')
for ele in Sum_time2:
 f2.writelines(str(ele) + '\n')
f2.close()

f3 = open('python_time3.txt', 'w')
for ele in Sum_time3:
 f3.writelines(str(ele) + '\n')
f3.close()

f4 = open('python_time4.txt', 'w')
for ele in Sum_time4:
 f4.writelines(str(ele) + '\n')
f4.close()

font = FontProperties(fname=r"c:\windows\fonts\simsun.ttc", size=8)
plt.figure(1)
plt.subplot(221)
plt.semilogx(n, Sum_time1, 'r-*')
plt.ylabel(u"时间(s)", fontproperties=font)
plt.xlabel(u"矩阵的维度n", fontproperties=font)
plt.title(u'python自带的方法', fontproperties=font)
plt.subplot(222)
plt.semilogx(n, Sum_time2, 'b-*')
plt.ylabel(u"时间(s)", fontproperties=font)
plt.xlabel(u"矩阵的维度n", fontproperties=font)
plt.title(u'定义法', fontproperties=font)
plt.subplot(223)
plt.semilogx(n, Sum_time3, 'y-*')
plt.ylabel(u"时间(s)", fontproperties=font)
plt.xlabel(u"矩阵的维度n", fontproperties=font)
plt.title( u'分治法', fontproperties=font)
plt.subplot(224)
plt.semilogx(n, Sum_time4, 'g-*')
plt.ylabel(u"时间(s)", fontproperties=font)
plt.xlabel(u"矩阵的维度n", fontproperties=font)
plt.title( u'Strasses法', fontproperties=font)
plt.figure(2)
plt.semilogx(n, Sum_time1, 'r-*', n, Sum_time2, 'b-+', n, Sum_time3, 'y-o', n, Sum_time4, 'g-^')
#plt.legend(u'python自带的方法', u'定义法', u'分治法', u'Strasses法', fontproperties=font)
plt.show()

以上这篇Python实现矩阵相乘的三种方法小结就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持【听图阁-专注于Python设计】。

相关文章

解决vscode python print 输出窗口中文乱码的问题

一、搭建 python 环境 在 VSC 中点击 F1 键,弹出控制台,输入 ext install 界面左侧弹出扩展窗格,输入python,确认,开始搜索 下载发布者为Don Jaya...

python 队列基本定义与使用方法【初始化、赋值、判断等】

python 队列基本定义与使用方法【初始化、赋值、判断等】

本文实例讲述了python 队列基本定义与使用方法。分享给大家供大家参考,具体如下: 队列的特征是:先进先出 应用场景:消息通信、多进程间的协同、多线程间的协同等 在队列中需要设计的实例...

python判断完全平方数的方法

如下所示: # -*- coding: utf-8 -*- #简述:一个整数,它加上100和加上268后都是一个完全平方数 #提问:请问该数是多少? from math imp...

Python实现树莓派WiFi断线自动重连的实例代码

实现 WiFi 断线自动重连。原理是用 Python 监测网络是否断线,如果断线则重启网络服务。 1.Python 代码 autowifi.py,放在 /home/pi 目录下: #...

Pycharm 文件更改目录后,执行路径未更新的解决方法

Pycharm 文件更改目录后,执行路径未更新的解决方法

今天在使用Pycharm的时候,由于文件过多,我对目录下的文件做了归类,改动了一些文件的路径,结果后来执行的时候,出现了路径找不到的错误. 新建一个test.py文件 此时打印test...