Python numpy 矩阵与一个对角矩阵的乘法

Question

我有两个数组 A (4000,4000)，其中只有对角线填充了数据，而 B (4000,5) 填充了数据。有没有比 numpy.dot(a,b) 函数更快的乘法（点）这些数组的方法？

到目前为止我发现 (A * B.T).T 应该更快（其中 A 是一维 (4000,)，填充对角线元素），但结果大约慢了一倍。

在 A 是对角线数组的情况下，有没有更快的方法来计算 B.dot(A)？

Answer 1

您可以简单地提取对角线元素，然后执行广播元素乘法。

因此，B*A 的替换为 -

np.multiply(np.diag(B)[:,None], A)

和 A.T*B -

np.multiply(A.T,np.diag(B))

运行时测试 -

In [273]: # Setup
     ...: M,N = 4000,5
     ...: A = np.random.randint(0,9,(M,N)).astype(float)
     ...: B = np.zeros((M,M),dtype=float)
     ...: np.fill_diagonal(B, np.random.randint(11,99,(M)))
     ...: A = np.matrix(A)
     ...: B = np.matrix(B)
     ...: 

In [274]: np.allclose(B*A, np.multiply(np.diag(B)[:,None], A))
Out[274]: True

In [275]: %timeit B*A
10 loops, best of 3: 32.1 ms per loop

In [276]: %timeit np.multiply(np.diag(B)[:,None], A)
10000 loops, best of 3: 33 µs per loop

In [282]: np.allclose(A.T*B, np.multiply(A.T,np.diag(B)))
Out[282]: True

In [283]: %timeit A.T*B
10 loops, best of 3: 24.1 ms per loop

In [284]: %timeit np.multiply(A.T,np.diag(B))
10000 loops, best of 3: 36.2 µs per loop

Answer 2

看来我最初关于 (A * B.T).T 变慢的说法是不正确的。

from timeit import default_timer as timer
import numpy as np

##### Case 1
a = np.zeros((4000,4000))
np.fill_diagonal(a, 10)
b = np.ones((4000,5))

dot_list = []

def time_dot(a,b):
    start = timer()
    c = np.dot(a,b)
    end = timer()
    return end - start

for i in range(100):
    dot_list.append(time_dot(a,b))

print np.mean(np.asarray(dot_list))

##### Case 2
a = np.ones((4000,))
a = a * 10
b = np.ones((4000,5))

shortcut_list = []

def time_quicker(a,b):
    start = timer()
    c = (a*b.T).T
    end = timer()
    return end - start

for i in range(100):
    shortcut_list.append(time_quicker(a,b))

print np.mean(np.asarray(shortcut_list))


##### Case 3
a = np.zeros((4000,4000)) #diagonal matrix
np.fill_diagonal(a, 10)
b = np.ones((4000,5))

case3_list = []

def function(a,b):
    start = timer()
    np.multiply(b.T,np.diag(a))
    end = timer()
    return end - start

for i in range(100):
    case3_list.append(function(a,b))

print np.mean(np.asarray(case3_list))

结果：

0.119120892431

0.00010633951868

0.00214490709662

所以第二种方法最快

Python numpy 矩阵与一个对角矩阵的乘法

Python numpy matrix multiplication with one diagonal matrix

numpy

matrix-multiplication