Pythonで2つの行列の要素ごとの差分を計算する方法

この記事では、Pythonを使って2つの行列（ネストされたリスト）の要素ごとの差分を計算して出力する方法を解説します。リストの各要素を反復処理し、zipメソッドを活用することで、シンプルかつ効率的に実装できます。

サンプルコード

以下に具体的な実装例を示します。

my_list_1 = [[3, 4, 4], [4, 3, 1], [4, 8, 3]]
my_list_2 = [[5, 4, 7], [9, 7, 5], [4, 8, 4]]
print("最初のリスト :")
print(my_list_1)
print("2番目のリスト :")
print(my_list_2)

my_result = []

for sub_str_1, sub_str_2 in zip(my_list_1, my_list_2):
    temp_str = []

    for element_1, element_2 in zip(sub_str_1, sub_str_2):
        temp_str.append(element_2 - element_1)
    my_result.append(temp_str)

print("結果は次のとおりです :")
print(my_result)

出力結果

最初のリスト :
[[3, 4, 4], [4, 3, 1], [4, 8, 3]]
2番目のリスト :
[[5, 4, 7], [9, 7, 5], [4, 8, 4]]
結果は次のとおりです :
[[2, 0, 3], [5, 4, 4], [0, 0, 1]]

コードの解説

• まず、リストの中にリストが入った構造（ネストされたリスト）を2つ定義し、コンソールに表示します。

• 計算結果を格納するための空のリストを作成します。

• zipメソッドを使って2つのリストを対応付け、反復処理を行います。これにより、それぞれの行（サブリスト）同士がペアになります。

• 内側のforループでは、再度zipを使って行内の各要素をペアにし、「2番目のリストの要素 − 1番目のリストの要素」という差分を一時的なリストに順番に追加していきます。

• 内側のループが完了したら、その一時的なリスト（差分行）を結果リストに追加します。

• 最後に、計算結果をコンソールに出力します。

補足：より簡潔な書き方

リスト内包表記を使えば、同じ処理をさらに短く記述できます。

my_result = [[e2 - e1 for e1, e2 in zip(row1, row2)]
             for row1, row2 in zip(my_list_1, my_list_2)]

また、数値計算ライブラリのNumPyを利用すれば、配列同士の減算だけで要素ごとの差分を簡単に求めることができ、大規模なデータ処理にも適しています。

import numpy as np
result = np.array(my_list_2) - np.array(my_list_1)