NumPy Matrix ライブラリ：ランダム行列生成の便利ツール matlib.rand()

NumPy Matrix ライブラリの matlib.rand() 関数

この関数の概要:

• 名前: matlib.rand()
• 機能: 指定された形状のランダムな行列を生成する
• 引数:
• 戻り値:
  • 生成されたランダムな行列 (ndarray)

使い方:

1. numpy と numpy.matlib をインポートする

import numpy as np
import numpy.matlib as matlib

1. matlib.rand() 関数を呼び出し、引数に生成したい行列の形状を指定する

# (2, 3) の形状のランダムな行列を生成
matrix = matlib.rand(2, 3)

# ((2, 3), 4) の形状のランダムな行列を生成
matrix = matlib.rand((2, 3), 4)

# 3つの引数を指定しても、最初の引数がタプルなので最初の引数のみが有効
matrix = matlib.rand((2, 3), 4, 5)

例:

import numpy as np
import numpy.matlib as matlib

# (2, 3) の形状のランダムな行列を生成
matrix = matlib.rand(2, 3)

# 行列の内容を出力
print(matrix)

# 出力例:
# [[0.43857224 0.0596779  0.39804426]
#  [0.73799541 0.18249173 0.17545176]]

補足:

• matlib.rand() 関数は、np.random.rand() 関数と同様の機能を提供しますが、np.random.rand() 関数は NumPy 配列だけでなく、スカラーやリストなどにも適用できます。
• 生成されるランダムな値は、0 から 1 までの範囲の一様分布に従います。
• 別の分布からのランダムな値を生成したい場合は、matlib.randn() 関数などの他の関数を使いましょう。

この解説が、NumPy Matrix ライブラリの matlib.rand() 関数の理解に役立てば幸いです。

NumPy Matrix ライブラリの matlib.rand() 関数を使ったサンプルコード

import numpy as np
import numpy.matlib as matlib

# (2, 3) の形状のランダム行列
matrix_2x3 = matlib.rand(2, 3)
print(matrix_2x3)

# (3, 3) の形状のランダム行列
matrix_3x3 = matlib.rand(3, 3)
print(matrix_3x3)

# (4, 2) の形状のランダム行列
matrix_4x2 = matlib.rand(4, 2)
print(matrix_4x2)

特定範囲のランダム値を持つ行列生成

import numpy as np
import numpy.matlib as matlib

# 0 から 10 までの範囲のランダム値を持つ (2, 3) 行列
matrix_2x3 = matlib.rand(2, 3, 0, 10)
print(matrix_2x3)

# 1 から 5 までの範囲のランダム値を持つ (3, 3) 行列
matrix_3x3 = matlib.rand(3, 3, 1, 5)
print(matrix_3x3)

整数値のみを含むランダム行列生成

import numpy as np
import numpy.matlib as matlib

# 0 から 10 までの整数值のみを含む (2, 3) 行列
matrix_2x3 = matlib.randint(2, 3, 0, 11)
print(matrix_2x3)

# 1 から 5 までの整数值のみを含む (3, 3) 行列
matrix_3x3 = matlib.randint(3, 3, 1, 6)
print(matrix_3x3)

対角行列生成

import numpy as np
import numpy.matlib as matlib

# 対角要素が 1 から 5 までのランダム値を持つ (3, 3) 対角行列
matrix_3x3 = matlib.diag(matlib.rand(3, 1, 1, 6))
print(matrix_3x3)

特定の値で初期化された行列生成

import numpy as np
import numpy.matlib as matlib

# 3 で初期化された (2, 3) 行列
matrix_2x3 = matlib.full((2, 3), 3)
print(matrix_2x3)

# 5 で初期化された (3, 3) 行列
matrix_3x3 = matlib.full((3, 3), 5)
print(matrix_3x3)

これらのサンプルコードは、matlib.rand() 関数の使い方を理解し、さまざまな種類のランダム行列を生成するのに役立ちます。

NumPy Matrix ライブラリ以外のランダム行列生成方法

np.random.rand() 関数

NumPy の np.random モジュールには、さまざまなランダム値生成関数が含まれています。 np.random.rand() 関数は、指定された形状のランダムな行列を生成することができます。

import numpy as np

# (2, 3) の形状のランダム行列
matrix_2x3 = np.random.rand(2, 3)

# (3, 3) の形状のランダム行列
matrix_3x3 = np.random.rand(3, 3)

np.random.randn() 関数は、標準正規分布に従うランダム値を生成します。

import numpy as np

# (2, 3) の形状の標準正規分布に従うランダム行列
matrix_2x3 = np.random.randn(2, 3)

# (3, 3) の形状の標準正規分布に従うランダム行列
matrix_3x3 = np.random.randn(3, 3)

その他のランダム分布

NumPy は、一様分布、二項分布、ポアソン分布など、さまざまなランダム分布からのランダム値を生成する関数を提供しています。

import numpy as np

# (2, 3) の形状の一様分布に従うランダム行列
matrix_2x3 = np.random.uniform(0, 1, (2, 3))

# (3, 3) の形状の二項分布に従うランダム行列
matrix_3x3 = np.random.binomial(10, 0.5, (3, 3))

# (2, 3) の形状のポアソン分布に従うランダム行列
matrix_2x3 = np.random.poisson(5, (2, 3))

特定の条件を満たすランダム行列を生成したい場合は、NumPy の random モジュールの他の関数や、NumPy 以外のライブラリを使うことができます。

• 対角行列: scipy.linalg.diag
• 正定行列: scipy.linalg.circulant
• 疎行列: scipy.sparse.rand()

これらの方法は、NumPy Matrix ライブラリの matlib.rand() 関数よりも柔軟性があり、さまざまな種類のランダム行列を生成することができます。