又有人问Python怎么相乘?我跟你讲,这问题看似简单到让人想翻白眼,但真要盘道盘道,里面的门道可多了去了。绝不只是你在计算器上按个x
那么简单。坐好,今天我给你掰扯清楚,从幼儿园水平到能去撼动华尔街的级别,这个小小的星号 *
到底能玩出多少花样。
咱们先说最没悬念的。数字相乘。就是你小学数学老师教的那个。打开你的Python,无论是IDLE还是什么高大上的PyCharm,敲进去:
3 * 5
回车,15
。恭喜你,你已经掌握了Python乘法的百分之十。
3.14 * 2.0
回车,6.28
。太棒了,又掌握了百分之十。整数、浮点数,就这么用 *
硬乘,简单粗暴,童叟无欺。当然,有时候浮点数乘起来,后面会带一串莫名其妙的 ...00001
或者 ...99999
,别慌,那是计算机二进制表示小数时天生的“胎记”,精度问题,大部分时候你可以忽略它,或者用特定函数处理,但那又是另一个故事了。今天我们只谈乘法本身。
好了,热身结束。真正的乐子现在开始。
你有没有想过,一个字符串,比如“滚”,怎么乘以3?在Python里,这事儿不仅能干,而且还特别形象。
'滚' * 3
你猜结果是啥?不是报错,而是 '滚滚滚'
。
惊不惊喜?意不意外?这个操作简直是为网络喷子和写代码偷懒时量身定做的。想在屏幕上打印一百遍“我错了”来惩罚自己?别傻乎乎地复制粘贴了。
print('我错了\n' * 100)
一行代码,整个屏幕都充满了你悔恨的气息。这就是Python的字符串相乘,本质上就是“自我复制”。它把那个小小的 *
赋予了重复的魔力。这,才叫真正的“语法糖”,甜到心里去。
尝到甜头了?别急,还有。列表,这玩意儿也能乘。
[1, 2, 3] * 3
结果是 [1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3]
。
看到没?跟字符串一个德行,也是复制粘贴。这个技巧在初始化一个固定长度和内容的列表时,简直不要太爽。比如你想创建一个包含10个零的列表:
zeros = [0] * 10
一行搞定,比你用 for 循环去一个个 append 不知道高到哪里去了。但是,注意了,前方有坑,一个巨坑,无数新手在这儿翻过车。
当你乘的是一个包含“可变对象”(比如列表)的列表时,比如:
nested_list = [[]] * 3
你以为你得到了三个独立的空列表 [[], [], []]
?天真!你试试往第一个小列表里加点东西:
nested_list[0].append('hell')
然后你再打印 nested_list
,你会看到一个让你怀疑人生的结果:
[['hell'], ['hell'], ['hell']]
为什么会这样?因为 *
在这里玩的是“浅拷贝”的把戏。它只是把那个最初的空列表的“地址”复制了三遍,你得到的三个元素,其实骨子里指向的是同一个空列表。一荣俱荣,一损俱损。改一个,等于把它们祖宗给改了,能不变吗?这就是列表相乘背后隐藏的第一个陷阱,记住了,血的教训。
到这里,你对 Python怎么相乘 的理解,已经超越了80%的初学者。但如果你想处理真正的大数据,搞点科学计算、人工智能什么的,上面这些,都是小儿科。
当你的数据量上了万、上了百万,还在用Python原生的列表和 for 循环一个个去乘?兄弟,我敬你是条汉子,但你的电脑风扇估计已经准备起飞了。这时候,真正的王者该登场了,它叫 NumPy。
NumPy,一个让Python从“脚本小子”变身“科学巨匠”的神级库。在NumPy的世界里,乘法被重新定义了。
首先,你需要一个NumPy数组(array)。
“`python
import numpy as np
arr1 = np.array([1, 2, 3])
arr2 = np.array([10, 20, 30])
“`
现在,想让这两个数组里对应位置的元素相乘?简单。
result = arr1 * arr2
result
就直接是 array([10, 40, 90])
。
看到了吗?没有 for 循环!NumPy直接在底层用它那C语言写成的、快如闪电的核心来处理这一切。这种操作,我们称之为“元素级乘法”(element-wise multiplication)。当你的数组是几百万维的时候,这种速度优势就是天壤之别。这才是现代数据分析的正确打开方式。
但是,如果你上过线性代数,你肯定会问,那矩阵乘法(Matrix Multiplication)呢?就是那个用行乘以列,折腾得你死去活来的那个。
在过去,这事儿得用 np.dot()
函数。但现在,Python 3.5 之后,为了这事儿专门引入了一个新的运算符:@
。没错,就是你发邮件时用的那个艾特符号。
“`python
mat1 = np.array([[1, 2], [3, 4]])
mat2 = np.array([[5, 6], [7, 8]])
元素级乘法
element_wise_result = mat1 * mat2
[[ 5, 12],
[21, 32]]
矩阵乘法
matrix_multiplication_result = mat1 @ mat2
[[19, 22],
[43, 50]]
“`
看清楚这个天差地别的结果!*
在NumPy里,默认是元素对元素,各管各地乘,像给两盘菜分别撒上对应的调料。而 @
,那才是正儿八经的矩阵乘法,是两个矩阵通过复杂的规则“融合”成一个新的矩阵。玩机器学习、深度学习的,可以说,离了这个 @
就寸步难行。神经网络的本质,就是无数个矩阵乘法的堆叠。
所以,当别人再问你Python怎么相乘,你完全可以斜着眼看他:“你问的是哪种乘?是标量乘法,是序列复制,是元素级乘法,还是张量积里的矩阵乘法?”保证把他问懵。
最后,再揭示一个秘密。为什么字符串、列表、NumPy数组这些不同的东西,都能识别 *
或者 @
这个符号呢?因为在Python的面向对象世界里,万物皆对象。这些对象内部都实现了一些“魔法方法”(dunder methods)。那个 *
背后对应的就是 __mul__
方法,@
对应的是 __matmul__
。当Python看到 a * b
,它其实是在悄悄地问 a 对象:“嘿,你有 __mul__
方法吗?有的话,你知道该怎么跟 b ‘相乘’,赶紧的。”
所以,一个简简单单的乘号,从小学数学,到字符串的魔术复制,再到NumPy乘法的高性能计算,最后到撼动整个AI领域的矩阵运算,它像一条金线,串起了Python语言的简洁、灵活与强大。搞懂了Python怎么相乘,你才算真正开始摸到了这门语言深邃而有趣的脉搏。
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