基于numpy实现矩阵计算器

要求

制做一个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 从控制台经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 至少具有题目要求所述功能

③ 可以正确输出运算结果

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做"""
    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，没法操做")
            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不知足要求，没法操做")
            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不知足要求，没法操做")
            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不知足要求，没法操做")
            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不知足要求，没法操做")
            return None
        return self.__mat1 / self.__mat2
    
    
class MatCom:
    """用来进行一个矩阵进行操做"""
    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.T
        
def 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 = "请输入想要的操做对应序号：\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 （两个矩阵的大小须要一相同）")
            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须要相同）")
            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:请从新输入")
        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: 请从新输入")
        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:请从新输入")
        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 （两个矩阵的大小须要一相同）")
            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应该同样）")
            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应该同样）")
            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)