介绍
本文将介绍如何使用Python程序交换矩阵中第一个和最后一个元素在列之间的位置。我们将使用numpy库来表示和处理矩阵。
import numpy as np创建矩阵
我们首先创建一个3x3的矩阵，矩阵中的元素全部为随机整数。
np.random.seed(0)
matrix = np.random.randint(0, 10, (3, 3))
print(matrix)
输出结果应该为：
[[5 0 3][3 7 9]
[3 5 2]]
可以看到，我们创建了一个3x3的矩阵并打印了出来。如需了解更多关于numpy库创建矩阵的知识，可以参考下面这段代码：
# 创建一个3x3的零矩阵
zero_matrix = np.zeros((3, 3))
# 创建一个3x3的单位矩阵
identity_matrix = np.eye(3, dtype=int)
# 创建一个3x3的全1矩阵
ones_matrix = np.ones((3, 3))
# 创建一个3x3的随机矩阵
random_matrix = np.random.rand(3, 3)
在上面的代码中，我们创建了几种不同类型的矩阵。其中，零矩阵的所有元素都为0，单位矩阵是一种特殊的矩阵，对角线上的元素全部为1，其它元素都为0。全1矩阵的所有元素都为1，随机矩阵的元素都是从均匀分布中取出的随机数。
交换第一个和最后一个元素在列之间的位置
获取第一列和最后一列
我们首先需要提取矩阵中第一列和最后一列的元素。我们可以通过切片的方式来取出这些元素。下面这段代码展示了如何获取矩阵的第一列和最后一列：
# 获取第一列和最后一列
first_column = matrix[:, 0]
last_column = matrix[:, -1]
print("第一列:", first_column)
print("最后一列:", last_column)
输出结果应该为：
第一列: [5 3 3]最后一列: [3 9 2]
我们使用冒号来表示切片。在上面的代码中，[:, 0]中的冒号表示取所有行，0表示取第一列。同理，[:, -1]表示取所有行，-1表示取最后一列。
交换第一个和最后一个元素
现在我们已经提取了第一列和最后一列的元素。我们需要交换这些元素中的第一个和最后一个元素。可以使用numpy库中的索引来完成这个任务。
# 交换第一个和最后一个元素
temp = first_column[0].copy()
first_column[0] = last_column[0]
last_column[0] = temp
在上面的代码中，我们首先复制了第一个元素。然后，我们将最后一列中的第一个元素复制到第一列中的第一个位置上。最后，我们将复制的第一个元素复制到最后一列的第一个位置上。
将交换后的矩阵合并
最后一步是将交换后的第一列和最后一列的元素重新合并回到原始矩阵中。我们可以使用numpy库的concatenate()函数来完成这个任务。
# 合并交换后的第一列和最后一列
new_matrix = np.concatenate((first_column.reshape(3, 1),
matrix[:, 1:-1],
last_column.reshape(3, 1)),
axis=1)
print(new_matrix)
输出结果应该为：
[[3 0 3][9 7 3]
[2 5 5]]
在上面的代码中，我们首先使用reshape()函数将第一列和最后一列转换为3x1的矩阵。然后，我们使用concatenate()函数将这些新的矩阵和原始矩阵的中间列连接起来。最后，我们打印出新的矩阵。
完整代码
下面是完整的代码：
import numpy as np
np.random.seed(0)
matrix = np.random.randint(0, 10, (3, 3))
print("原始矩阵:\n", matrix)
first_column = matrix[:, 0]
last_column = matrix[:, -1]
temp = first_column[0].copy()
first_column[0] = last_column[0]
last_column[0] = temp
new_matrix = np.concatenate((first_column.reshape(3, 1),
matrix[:, 1:-1],
last_column.reshape(3, 1)),
axis=1)
print("交换后的矩阵:\n", new_matrix)
运行上面的代码应该会输出原始矩阵和交换后的矩阵。其中，原始矩阵是一个3x3的随机整数矩阵，而交换后的矩阵是将原始矩阵中第一列和最后一列的第一个元素交换后的新矩阵。