什么时候应该选择 Numpy 数组而不是矩阵？

理解 Numpy 数组和矩阵之间的差异

Numpy 数组和矩阵是 Numpy 中可以操作多维数据的两种基本数据结构。然而，两者之间存在一些关键区别，影响了它们在 Python 程序中的使用。

功能和维度

Numpy 矩阵是严格的二维结构，而 Numpy 数组(ndarrays) 可以跨越多个维度。矩阵对象继承了 Ndarrays 的属性和方法，为矩阵乘法 (a*b) 提供了方便的表示法。

对于低于 3.5 的 Python 版本，矩阵对象受益于其易于访问的矩阵乘法语法：a*b。然而，Python 3.5 及更高版本引入了 @ 运算符，它将矩阵乘法扩展到 Ndarray：a@b.

运算和转置

虽然矩阵对象和 Ndarray 都有.T 属性用于转置，矩阵还提供 .H 表示共轭转置，.I 表示相反。

Numpy 数组则优先考虑逐元素运算，这意味着 a*b 执行逐分量乘法。要实现与数组的真正矩阵乘法，需要 np.dot（或 @ 运算符）函数。

其他差异

运算符还表现出不同的行为。对于矩阵，a2 计算矩阵乘积 a*a，而对于 Ndarray，c2 按元素对每个元素进行平方 (c2)。

优点和注意事项

Numpy 数组： 灵活性 - 可以处理多个维度并遵守逐元素运算。
简单性 - 更易于使用和维护，尤其是在处理矩阵和高维数组时。

Numpy 矩阵： 矩阵符号 - 为矩阵乘法提供简洁且具有视觉吸引力的语法。
特殊函数 - 提供对共轭转置 (.H) 和逆 (.I) 的直接访问。

在数组和矩阵之间进行选择

对于需要唯一的程序矩阵的特征，例如矩阵表示法或内置矩阵函数，矩阵可能是合适的。然而，对于通用应用程序和更高维的数据操作，Numpy 数组在操作之间提供了更大的灵活性和一致性。

通过了解 Numpy 数组和矩阵之间的差异，程序员可以根据自己的具体情况选择合适的数据结构需要并确保其 Python 程序中无缝且高效的数据处理。

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