JavaScriptでもnumpyみたいなことがしたい！

JavaScriptでも行列の計算がしたい

Pythonにはnumpyなどのライブラリがあり, 行列計算を簡単に行うことができます。
では, JavaScriptではどうでしょうか？
実は, numjsというライブラリが用意されています。
このnumjsですが, numpyライクなインタフェースを持っておりとても使いやすいです。

インストール方法

npm installで一発です。

npm install numjs

ただ、Pythonをインストールしておく必要であり, しかもPython3系ではなくPython2系でなければいけません。
pyenvを使われている方は、2系と3系の両方をglobalにすることでエラーを回避することができます。
例えば私の環境であれば以下のようにしました。

pyenv global 3.7.2 2.7.5

使い方

詳しい使い方は本家をご覧ください。
ここでは私がよく使うものをメモ書きしておきます。

行列の和

行列の和にはaddを使います。

addMatrix.js

const nj = require('numjs')

let a = nj.array([[0, 1, 1],
                  [1, 0, 1],
                  [1, 1, 0]])
let b = nj.array([[1, 0, 0],
                  [0, 1, 0],
                  [0, 0, 1]])

let c = nj.add(a, b)
// let c = a.add(b)でも可能

console.log(c)
/* 出力結果
array([[ 1, 1, 1],
       [ 1, 1, 1],
       [ 1, 1, 1]])
*/

行列の積

行列の積にはdotを使います。

dotMatrix.js

const nj = require('numjs')

let a = nj.array([[1, 2, 3],
                  [4, 5, 6],
                  [7, 8, 9]])
let b = nj.array([[1, 0, 0],
                  [0, 0, 1],
                  [0, 1, 0]])

let c = nj.dot(a, b)
// let c = a.dot(b)でも可能

console.log(c)
/* 出力結果
array([[ 1, 3, 2],
       [ 4, 6, 5],
       [ 7, 9, 8]])
*/

行列の転置

行列の転置には.Tを使います。

transposeMatrix.js

const nj = require('numjs')

let a = nj.array([[1, 2, 3],
                  [4, 5, 6],
                  [7, 8, 9]])

console.log(a.T)
/* 出力結果
array([[ 1, 4, 7],
       [ 2, 5, 8],
       [ 3, 6, 9]])
*/

ベクトルの結合

ベクトルを結合して行列を生成する場合にはstackが便利です。

jointVector1.js

const nj = require('numjs')

let a = nj.array([1, 2, 3])
let b = nj.array([4, 5, 6])
let c = nj.array([7, 8, 9])

let d = nj.stack([a, b, c], axis = 0)

console.log(d)
/* 出力結果
array([[ 1, 2, 3],
       [ 4, 5, 6],
       [ 7, 8, 9]])
*/

なお, axisは結合方向を表す省略可能な引数であり, デフォルトでは0が指定されています。
axisに1を指定すると転置された行列を得ることができます。

jointVector2.js

const nj = require('numjs')

let a = nj.array([1, 2, 3])
let b = nj.array([4, 5, 6])
let c = nj.array([7, 8, 9])

let d = nj.stack([a, b, c], axis = 1)

console.log(d)
/* 出力結果
array([[ 1, 4, 7],
       [ 2, 5, 8],
       [ 3, 6, 9]])
*/

まとめ

JavaScriptでnumpyライクに行列計算ができるライブラリnumjsを紹介しました。
この他にも行列のreshapeやFFT (高速フーリエ変換) など便利な機能がたくさんありますので, 是非試してみてくださいね。