Pythonで2つの行列を加算するプログラム

この記事では、ユーザーが入力した2つの行列を受け取り、その合計（加算結果）を表示するPythonプログラムを紹介します。行列の加算では、ネストされたリスト内包表記や二重ループを活用することで、各要素を効率的に処理できます。

アルゴリズム

処理の手順は以下の通りです。

ステップ1：2つの行列を入力する。
ステップ2：ネストされたforループを使って、各行・各列を順番に走査する。
ステップ3：各イテレーションで、2つの行列の対応する要素同士を加算し、その結果を格納する。

サンプルコード

以下は、ネストされたループを使用して2つの行列を加算するプログラムです。まず1つ目の行列Aの要素を入力し、続いて2つ目の行列Bの要素を入力します。

# ネストされたループを使って2つの行列を加算するプログラム
A = []
n = int(input("N x N 行列の N を入力してください : "))         # ここでは3
# 2次元配列を格納するためにリストを使用
# ユーザー入力を受け取りリストに保存（ここでは1〜9を入力）
print("要素を入力してください ::>")
for i in range(n):
    row = []                                   # 行を一時的に保存するリスト
    for j in range(n):
        row.append(int(input()))               # 入力値を行リストに追加
    A.append(row)                              # 行をリストに追加
print(A)
# [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]

# 2次元配列を表示
print("行列形式で配列を表示")
for i in range(n):
    for j in range(n):
        print(A[i][j], end=" ")
    print()                                    # 改行

B = []
n = int(input("N x N 行列の N を入力してください : "))        # ここでは3
print("要素を入力してください ::>")
for i in range(n):
    row = []                                   # 行を一時的に保存するリスト
    for j in range(n):
        row.append(int(input()))               # 入力値を行リストに追加
    B.append(row)                              # 行をリストに追加
print(B)
# [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]

# 2次元配列を表示
print("行列形式で配列を表示")
for i in range(n):
    for j in range(n):
        print(B[i][j], end=" ")
    print()                                    # 改行

result = [[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]

# 行を走査
for i in range(n):
    # 列を走査
    for j in range(len(A[0])):
        result[i][j] = A[i][j] + B[i][j]

print("計算結果の行列 ::>")
for r in result:
    print(r)

実行結果

実際にプログラムを実行すると、以下のような出力が得られます。ここでは、1つ目の行列として各行が「10, 20, 30」、2つ目の行列として各行が「100, 200, 300」の要素を入力しています。

Enter N for N x N matrix : 3
Enter the element ::>
10
10
10
20
20
20
30
30
30
[[10, 10, 10], [20, 20, 20], [30, 30, 30]]
Display Array In Matrix Form
10 10 10
20 20 20
30 30 30
Enter N for N x N matrix : 3
Enter the element ::>
100
100
100
200
200
200
300
300
300
[[100, 100, 100], [200, 200, 200], [300, 300, 300]]
Display Array In Matrix Form
100 100 100
200 200 200
300 300 300
Resultant Matrix is ::>
[110, 110, 110]
[220, 220, 220]
[330, 330, 330]

補足：より簡潔な書き方

上記のプログラムでは二重のforループを使用しましたが、リスト内包表記を使えば、行列の加算部分はさらに簡潔に記述できます。

result = [[A[i][j] + B[i][j] for j in range(len(A[0]))] for i in range(len(A))]

また、数値計算を頻繁に行う場合は、NumPyライブラリを利用するのもおすすめです。np.array()で行列を作成すれば、「A + B」というシンプルな記述だけで加算が完了します。

まとめ

今回は、Pythonで2つの行列を入力し、対応する要素同士を加算して結果を表示する方法を解説しました。ポイントは以下の通りです。

• 行列は「リストのリスト」として扱う
• 二重ループまたはリスト内包表記で各要素にアクセスする
• 対応する位置の要素同士を足し合わせて新しい行列を作る

行列演算の基礎となる処理なので、ぜひ自分でもコードを書いて動作を確認してみてください。