Pythonの行列（マトリックス）とは？宣言から入力・表示まで実例付きで解説

Pythonにおける行列（マトリックス）とは、特定の行数と列数を持つ2次元配列のことです。行列の各要素には、数値はもちろん、文字列や記号なども格納できます。

行列（2次元リスト）は重要なデータ構造の一つであり、転置（transpose）、行列同士の加算や乗算など、さまざまな操作が可能です。

この記事では、指定した行数・列数でPythonの行列を宣言する方法、ユーザーからデータを入力する方法、そして最終的に行列を表示する方法までを順番に解説します。

ネストされたリストとして行列を宣言する

Pythonでは、行列を「リストの中にリストを入れた構造（ネストされたリスト）」として宣言できます。その際、行数と列数を明示する必要があります。

たとえば、行数が3、列数が4の行列を作成する場合は、次のように記述します。

Matrix=[[0]*4 for i in range(3)]

ここでは [0]*4 によって4つの0を持つリスト（＝1行分）を作り、それを内包表記で3回繰り返すことで、3行4列の初期化済み行列が生成されます。

行列の要素を入力し、行ごとに表示する

次に、ユーザーから値を入力して行列に格納し、その結果を表示する具体例を見てみましょう。

サンプルコード

col=4
rows=3
matrix=[[0]*col for i in range(rows)]
for i in range(rows):
    print("行", i+1, "の要素を入力してください")
    for j in range(col):
        matrix[i][j]=int(input())

def rowvise(matrix):
    for i in range(rows):
        print(matrix[i])
print("ネストされたリストとして表示")
print(matrix)
print("各行を別々の行で表示")
rowvise(matrix)

実行結果

行 1 の要素を入力してください
1
2
3
4
行 2 の要素を入力してください
5
6
7
8
行 3 の要素を入力してください
1
2
3
4
ネストされたリストとして表示
[[1, 2, 3, 4], [5, 6, 7, 8], [1, 2, 3, 4]]
各行を別々の行で表示
[1, 2, 3, 4]
[5, 6, 7, 8]
[1, 2, 3, 4]

このように、外側のループで行を、内側のループで列を制御することで、行列の全要素に順番にアクセスできます。表示方法も、ネストされたリスト全体をそのまま出力する方法と、for ループで各行を個別に出力する方法の2通りがあります。

応用：行列の転置を行う

行列の基本的な操作ができたら、次は転置にも挑戦してみましょう。転置とは、行と列を入れ替える操作のことです。Pythonでは zip() 関数を使うと簡潔に実現できます。

matrix = [[1, 2, 3, 4], [5, 6, 7, 8], [1, 2, 3, 4]]
transpose = [list(row) for row in zip(*matrix)]
print(transpose)

実行結果

[[1, 5, 1], [2, 6, 2], [3, 7, 3], [4, 8, 4]]

また、本格的な数値計算を行う場合は、NumPyライブラリを使うと効率的です。numpy.array() で行列を作成すれば、.T 属性一つで転置を取得できるほか、加算・乗算などの演算も高速に処理できます。

まとめ

この記事では、Pythonにおける行列の基本操作として、ネストされたリストによる行列の宣言、ユーザーからの要素入力、行ごとの表示、そして転置の方法を紹介しました。これらの基礎を押さえておけば、加算や乗算といった他の行列演算も、ロジックを組み立てることで簡単に実装できるようになります。