NumPy对二维矩阵中的每个元素进行加减乘除和对数运算

使用NumPy对二维矩阵中的每个元素进行加减乘除和对数运算的方法如下：

1. 加减乘除运算

对每个元素进行标量运算，可直接使用算术运算符。

示例代码：

import numpy as np

arr = np.array([[1, 2], [3, 4]])

# 加法
result_add = arr + 5
print("加法结果:\n", result_add)

# 减法
result_sub = arr - 1
print("减法结果:\n", result_sub)

# 乘法
result_mul = arr * 2
print("乘法结果:\n", result_mul)

# 除法
result_div = arr / 2
print("除法结果:\n", result_div)

输出：

加法结果:
 [[6 7]
 [8 9]]
减法结果:
 [[0 1]
 [2 3]]
乘法结果:
 [[2 4]
 [6 8]]
除法结果:
 [[0.5 1. ]
 [1.5 2. ]]

2. 对数运算

使用NumPy的log函数族进行逐元素对数运算。

示例代码：

# 自然对数（底数e）
result_log = np.log(arr)
print("自然对数:\n", result_log)

# 基2对数
result_log2 = np.log2(arr)
print("基2对数:\n", result_log2)

# 基10对数
result_log10 = np.log10(arr)
print("基10对数:\n", result_log10)

# 基3对数（使用换底公式）
result_log3 = np.log(arr) / np.log(3)
print("基3对数:\n", result_log3)

# 或者使用NumPy的base参数（需版本≥1.12）
# result_log3 = np.log(arr, base=3)

输出：

自然对数:
 [[0.         0.69314718]
 [1.09861229 1.38629436]]
基2对数:
 [[0.        1.        ]
 [1.5849625 2.        ]]
基10对数:
 [[0.         0.30103   ]
 [0.47712125 0.60205999]]
基3对数:
 [[0.         0.63092975]
 [1.         1.26185951]]

注意事项：

• 非正元素：若矩阵中存在0或负数，对数运算会返回-inf或nan，并触发警告。建议预先处理数据确保元素为正。
• 版本兼容性：np.log的base参数在较新NumPy版本中可用，旧版本需使用换底公式。

以上方法均无需显式循环，利用NumPy的向量化操作高效处理每个元素。