线性代数的研究提供了矩阵类型,这种数据结构很类似于其它语言中的二维数组,但 R 提供了语言级的矩阵运算支持。
矩阵里的元素可以是数字、符号或数学式。
一个 M x N 的矩阵是一个由 M 行(row) 和 N 列(column)元素排列成的矩形阵列。
R 语言的矩阵可以使用 matrix() 函数来创建,语法格式如下:
matrix(data = NA, nrow = 1, ncol = 1, byrow = FALSE,dimnames = NULL)
参数说明:
data:向量,矩阵的数据
nrow:行数
ncol:列数
byrow:逻辑值,为 FALSE 按列排列,为 TRUE 按行排列(排列顺序!!),默认按列排列。dimname:设置行和列的名称
dimnames = list(rownames, colnames)
例:rownames = c("row1", "row2", "row3", "row4"),colnames = c("col1", "col2", "col3")
创建一个数字矩阵:
# byrow 为 TRUE 元素按行排列
> M <- matrix(c(3:14), nrow = 4, byrow = TRUE)
> print(M)
[,1] [,2] [,3]
[1,] 3 4 5
[2,] 6 7 8
[3,] 9 10 11
[4,] 12 13 14
# Ebyrow 为 FALSE 元素按列排列
> N <- matrix(c(3:14), nrow = 4, byrow = FALSE)
> print(N)
[,1] [,2] [,3]
[1,] 3 7 11
[2,] 4 8 12
[3,] 5 9 13
[4,] 6 10 14
# 定义行和列的名称
> rownames = c("row1", "row2", "row3", "row4")
> colnames = c("col1", "col2", "col3")
> P <- matrix(c(3:14), nrow = 4, byrow = TRUE, dimnames = list(rownames, colnames))
> print(P)
col1 col2 col3
row1 3 4 5
row2 6 7 8
row3 9 10 11
row4 12 13 14
转置矩阵
t() 函数:可以实现矩阵的行列互换。
例如有个 m 行 n 列的矩阵,使用 t() 函数就能转换为 n 行 m 列的矩阵。
# 创建一个 2 行 3 列的矩阵
> M = matrix( c(2,6,5,1,10,4), nrow = 2,ncol = 3,byrow = TRUE)
> print(M)
[,1] [,2] [,3]
[1,] 2 6 5
[2,] 1 10 4
# 转换为 3 行 2 列的矩阵
> print(t(M))
[,1] [,2]
[1,] 2 1
[2,] 6 10
[3,] 5 4
访问矩阵元素
如果想获取矩阵元素,可以通过使用元素的列索引和行索引,类似坐标形式。
矩阵P,取第一行第三列元素:P[1,3];取第三行元素:P[3,]
# 定义行和列的名称
> rownames = c("row1", "row2", "row3", "row4")
> colnames = c("col1", "col2", "col3")
# 创建矩阵
> P <- matrix(c(3:14), nrow = 4, byrow = TRUE, dimnames = list(rownames, colnames))
> print(P)
col1 col2 col3
row1 3 4 5
row2 6 7 8
row3 9 10 11
row4 12 13 14
# 获取第一行第三列的元素
> print(P[1,3])
[1] 5
# 获取第四行第二列的元素
> print(P[4,2])
[1] 13
# 获取第二行
> print(P[2,])
col1 col2 col3
6 7 8
# 获取第三列
> print(P[,3])
row1 row2 row3 row4
5 8 11 14
矩阵计算
大小相同(行数列数都相同)的矩阵之间可以相互加减,具体是对每个位置上的元素做加减法。矩阵的乘法则较为复杂。两个矩阵可以相乘,当且仅当第一个矩阵的列数等于第二个矩阵的行数。
矩阵加减法
# 创建 2 行 3 列的矩阵
> matrix1 <- matrix(c(7, 9, -1, 4, 2, 3), nrow = 2)
> print(matrix1)
[,1] [,2] [,3]
[1,] 7 -1 2
[2,] 9 4 3
> matrix2 <- matrix(c(6, 1, 0, 9, 3, 2), nrow = 2)
> print(matrix2)
[,1] [,2] [,3]
[1,] 6 0 3
[2,] 1 9 2
# 两个矩阵相加
> result <- matrix1 + matrix2
> cat("相加结果:","\n") ##cat() 函数!!
相加结果:
> print(result)
[,1] [,2] [,3]
[1,] 13 -1 5
[2,] 10 13 5
# 两个矩阵相减
> result <- matrix1 - matrix2
> cat("相减结果:","\n")
相减结果:
> print(result)
[,1] [,2] [,3]
[1,] 1 -1 -1
[2,] 8 -5 1
矩阵乘法
# 创建 2 行 3 列的矩阵
> matrix1 <- matrix(c(7, 9, -1, 4, 2, 3), nrow = 2)
> print(matrix1)
[,1] [,2] [,3]
[1,] 7 -1 2
[2,] 9 4 3
> matrix2 <- matrix(c(6, 1, 0, 9, 3, 2), nrow = 3)
> print(matrix2)
[,1] [,2]
[1,] 6 9
[2,] 1 3
[3,] 0 2
# 两个矩阵相乘
> result <- matrix1 %*% matrix2
> cat("相乘结果:","\n")
相乘结果:
> result
[,1] [,2]
[1,] 41 64
[2,] 58 99