python 對稱矩陣壓縮及還原

正常情況下揉抵,矩陣的存儲(chǔ)需要消耗n*n個(gè)存儲(chǔ)單元,而對稱存儲(chǔ)只需要n×(n+1)/2個(gè)存儲(chǔ)單元品洛。當(dāng)n較大時(shí)囱怕,節(jié)省下的存儲(chǔ)單元十分可觀。

借助numpy生成矩陣毫别,在python中的實(shí)現(xiàn)代碼:

import numpy as np

# 矩陣的階數(shù)
N = 5


def get_matrix():
    """
    創(chuàng)建一個(gè)5x5的隨機(jī)整數(shù)矩陣
    :return:
    """
    return np.random.randint(1, 5, size=(N, N))


def tri(matrix, method="low"):
    """
    保留矩陣的上三角或下三角
    :param matrix:
    :param method:
    :return:
    """
    return np.tril(matrix) if method == "low" else np.triu(matrix)


def diag(matrix):
    """
    生成對稱矩陣
    :param matrix:
    :return:
    """
    return matrix + matrix.T - np.diag(matrix.diagonal())


def init_list():
    """
    根據(jù)矩陣維度生成一個(gè)一維數(shù)組存儲(chǔ)對稱矩陣數(shù)據(jù)
    :return:
    """
    return [0] * (int((N + 1) * N / 2))


def get_index(x, y):
    """
    根據(jù)x,y獲取對應(yīng)列表中的索引, 計(jì)算公式為: x>=y時(shí) x(x+1)/2 + y, x<y時(shí) y(y+1)/2 + x
    :param x:
    :param y:
    :return:
    """
    if x >= y:
        return x * (x + 1) // 2 + y
    return y * (y + 1) // 2 + x


def save_to_list(index_array, r_list, r_mt):
    """
    將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一維數(shù)組中
    :param index_array:
    :param r_list:
    :param r_mt:
    :return:
    """
    for index in range(len(r_list)):
        x, y = index_array[1][index], index_array[0][index]
        r_list[get_index(x, y)] = r_mt[y][x]
    return r_list


def list_to_matrix(r_list):
    """
    將數(shù)組還原為對稱矩陣
    :param r_list:
    :return:
    """
    new_matrix = np.zeros((N, N), dtype=int)
    new_matrix_index = np.where(new_matrix == 0)
    for index in range(len(new_matrix_index[0])):
        x, y = new_matrix_index[1][index], new_matrix_index[0][index]
        new_matrix[y, x] = r_list[get_index(x, y)]
    return new_matrix


if __name__ == '__main__':
    mt = get_matrix()
    low_mt = tri(mt)
    diag_mt = diag(low_mt)
    print("生成的對稱矩陣為:\n%s" % diag_mt)

    low_diag_mt = tri(diag_mt)
    print("保留下三角的矩陣數(shù)據(jù): \n%s" % low_diag_mt)

    no_zero_index = np.nonzero(low_diag_mt)

    i_list = init_list()
    print("根據(jù)維度初始化的數(shù)組長度為: \n%s" % len(i_list))

    res_list = save_to_list(no_zero_index, i_list, low_diag_mt)
    print("存儲(chǔ)后的數(shù)組為:\n%s" % res_list)

    res_matrix = list_to_matrix(res_list)
    print("還原后的對稱矩陣為: \n %s" % res_matrix)

運(yùn)行結(jié)果:


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