如何在 Python 中计算两个列表的点积

点积（也称为标量积）将两个等长数值序列中的对应值相乘，然后将这些乘积相加。例如，[2, 4, 6, 8, 10] 和 [10, 20, 30, 40, 50] 的点积为 1100。下面的示例展示了在 Python 中计算它的四种方法；共享的输入使这些方法易于比较，而不是速度基准测试。

对于列表 a 和 b，计算方式为 a[0] * b[0] + a[1] * b[1] + ...。一个列表中的每个位置都与另一个列表中相同位置的值配对。这些示例使用整数，但相同的模式也适用于其他数值，包括浮点数。结果是单个标量值，而不是成对乘积的列表。

使用 sum() 和 zip() 函数在 Python 中计算点积

zip() 将两个列表的对应元素配对，sum() 将乘积相加。当列表长度相同时，这种内置方法是一个简洁的选择：

num1 = [2, 4, 6, 8, 10]
num2 = [10, 20, 30, 40, 50]

result = sum(x * y for x, y in zip(num1, num2))
print(result)

1100

当较短的可迭代对象结束时，zip() 就会停止。如果长度不同，这个表达式会静默地将未配对的值排除在计算之外。请先验证长度是否相符，或者为未配对的值选择并记录另一种处理方式。

使用 map() 和 mul() 函数在 Python 中计算点积

标准库的 operator 模块提供了 mul()，这是一个将两个值相乘的函数。内置的 map() 将其应用到两个列表的对应值上，sum() 将乘积相加：

from operator import mul

num1 = [2, 4, 6, 8, 10]
num2 = [10, 20, 30, 40, 50]

result = sum(map(mul, num1, num2))
print(result)

与第一个示例一样，当其最短的输入可迭代对象结束时，map() 就会停止。如果丢弃未配对的值不是预期的行为，请先检查列表长度。

使用 more_itertools.dotproduct 在 Python 中计算点积

more_itertools 是一个第三方包；在导入之前，请先在您的环境中安装它。它的 dotproduct 函数直接计算成对乘积的总和：

try:
    import more_itertools as mit
except ImportError:
    class _Fallback:
        @staticmethod
        def dotproduct(left, right):
            return sum(x * y for x, y in zip(left, right))

    mit = _Fallback()

num1 = [2, 4, 6, 8, 10]
num2 = [10, 20, 30, 40, 50]

result = mit.dotproduct(num1, num2)
print(result)

当 more_itertools 已安装时，这会调用它的 dotproduct 函数。本机的回退实现使此示例在没有该可选包的环境中也能运行，并计算相同的成对乘积总和。

1100

对于此操作，请使用函数名称 more_itertools.dotproduct。与其他示例一样，请提供长度相符的列表，以便每个值都有对应的配对。

使用 NumPy 在 Python 中计算点积

手动的 Python 循环是另一种逐一累积乘积的方法：

num1 = [2, 4, 6, 8, 10]
num2 = [10, 20, 30, 40, 50]

dot_product = 0
for x, y in zip(num1, num2):
    dot_product += x * y
print("The dot product of the two lists is:", dot_product)

这个循环使用 zip()，因此也会在较短的列表处停止。对于基于数组的计算，NumPy 可以直接接受列表。在导入之前，请先在您的环境中安装 NumPy：

import numpy as np

num1 = [2, 4, 6, 8, 10]
num2 = [10, 20, 30, 40, 50]

result = np.dot(num1, num2)
print("The dot product of the two lists is:", result)

请参阅 numpy.dot() 函数，了解其数组操作的详细信息。手动循环和 NumPy 调用是不同的方法；请根据周围的代码和可用的依赖关系进行选择。