How can I create parameterized matrices and generate the final matrix on demand with the parameters in Python?

I am in a situation where I need to work with parameterized matrices. For e.g., say I start with two matrices A and B,

A = [1 2]     B = [a b]
    [3 4]         [5 6]

Here matrix B is parameterized with the variables a and b. I might at some point need to combine the matrices, say using matrix multiplication, to get AB = C:

C = AB = [a+10   b+12 ]
         [3a+20  3b+24]

I would now like to store matrix C with those variables in there and have the ability to provide values for the variables and evaluate the elements. I.e. matrix C would be a matrix parameterized by the variables a and b.

Instead of generating C on the fly any time I need it by providing the parameters to B and doing all the matrix multiplications, I would like to store the general structure of the matrix C by doing the matrix multiplications once, with C inheriting any of the variables of its constituents. I am hoping this will save run time since the structure of matrix C is cached, i.e. I don’t need to do the matrix operations every time I change a parameter.

In my case, there maybe many such matrices, each with their own variable elements and I might need to combine them arbitrarily (matrix products, Kronecker products etc.). I was wondering if there is an established way to achieve this in Python. It would also be helpful if the solution was performant as the there will be many matrix operations in the code I am trying to run. Unfortunately, I have to stick with Python for now, so solutions in other languages would be less helpful.

I have tried achieving this result using the sympy module, and I think I have a very crude setup going that seems to work, but I wanted to know if there was a more canonical way of doing this in Python. Also, I am not sure if sympy would be the most performant, and I am not sure if such a system can be obtained using numpy. A simplified version of my sympy code is given below for reference:

import sympy as s
from sympy import Matrix
from sympy.physics.quantum import TensorProduct as tp


A = Matrix([[1,2],
            [3,4]])

a, b = s.symbols('a b')
B = Matrix([[a,b],
            [5,6]])


# To obtain C, parameterized by a and b
C = A*B
display(C)

# Finally, to evaluate C with parameters a=3 and b=0.5
C_eval = C.evalf(subs={a:3, b:0.5})
display(C_eval)

# Or, to generate and evaluate a different combination of A and B
D = tp(A,B)
display(D)
D_eval = D.evalf(subs={a:3, b:0.5})
display(D_eval)

New contributor

smi is a new contributor to this site. Take care in asking for clarification, commenting, and answering.
Check out our Code of Conduct.

6

I could see here several solutions.

1. SimPy (your current solution)

SymPy great for this! It allows you cache expressions like matrix multiplications, but it’s really primarily a symbolic library, so not well optimised for performance as other numeric libraries.

2. NumPy + numexpr

NumPy is extremely fast and you could combine it with numexpr:

import numpy as np
import numexpr as ne

A = np.array([[1, 2], [3, 4]])
B_expr = 'a * B1 + b * B2'
B1 =np.array([[1, 0],[0, 5]])
B2 = np.array([[0, 1],[0, 6]])

AB_expr = 'A1 * (a * B1 + b * B2)'
A1 = A

a_val = 3
b_val = 0.5
ne.evaluate(AB_expr, local_dict={'a':a_val,'b':b_val, 'A1':A1, 'B1': B1, 'B2': B2})

3. SymEngine

SymEngine is C++ based symbolic library and its much faster than SymPy. You could use it similar as SymPy by python library

import symengine as se
a, b = se.symbols('a b')
A = se.Matrix([[1, 2], [3, 4]])
B =se.Matrix([[a, b],[5, 6]])
C = A * B
C_eval = C.subs({a: 3, b: 0.5})

So if you need couples symbolic logic and caching you could use SymPy or SymEngine

If you want more performance, you could use NumPy + numexpr

Also, for very complex operations you could read about Theano

3

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật