| Viewing file:  linalg.py (17.79 KB)      -rw-r--r-- Select action/file-type:
 
  (+) |  (+) |  (+) | Code (+) | Session (+) |  (+) | SDB (+) |  (+) |  (+) |  (+) |  (+) |  (+) | 
 
from __future__ import annotations
 from ._dtypes import (
 _floating_dtypes,
 _numeric_dtypes,
 float32,
 float64,
 complex64,
 complex128
 )
 from ._manipulation_functions import reshape
 from ._array_object import Array
 
 from ..core.numeric import normalize_axis_tuple
 
 from typing import TYPE_CHECKING
 if TYPE_CHECKING:
 from ._typing import Literal, Optional, Sequence, Tuple, Union, Dtype
 
 from typing import NamedTuple
 
 import numpy.linalg
 import numpy as np
 
 class EighResult(NamedTuple):
 eigenvalues: Array
 eigenvectors: Array
 
 class QRResult(NamedTuple):
 Q: Array
 R: Array
 
 class SlogdetResult(NamedTuple):
 sign: Array
 logabsdet: Array
 
 class SVDResult(NamedTuple):
 U: Array
 S: Array
 Vh: Array
 
 # Note: the inclusion of the upper keyword is different from
 # np.linalg.cholesky, which does not have it.
 def cholesky(x: Array, /, *, upper: bool = False) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.linalg.cholesky <numpy.linalg.cholesky>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.cholesky.
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in cholesky')
 L = np.linalg.cholesky(x._array)
 if upper:
 return Array._new(L).mT
 return Array._new(L)
 
 # Note: cross is the numpy top-level namespace, not np.linalg
 def cross(x1: Array, x2: Array, /, *, axis: int = -1) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.cross <numpy.cross>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 if x1.dtype not in _numeric_dtypes or x2.dtype not in _numeric_dtypes:
 raise TypeError('Only numeric dtypes are allowed in cross')
 # Note: this is different from np.cross(), which broadcasts
 if x1.shape != x2.shape:
 raise ValueError('x1 and x2 must have the same shape')
 if x1.ndim == 0:
 raise ValueError('cross() requires arrays of dimension at least 1')
 # Note: this is different from np.cross(), which allows dimension 2
 if x1.shape[axis] != 3:
 raise ValueError('cross() dimension must equal 3')
 return Array._new(np.cross(x1._array, x2._array, axis=axis))
 
 def det(x: Array, /) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.linalg.det <numpy.linalg.det>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.det.
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in det')
 return Array._new(np.linalg.det(x._array))
 
 # Note: diagonal is the numpy top-level namespace, not np.linalg
 def diagonal(x: Array, /, *, offset: int = 0) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.diagonal <numpy.diagonal>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: diagonal always operates on the last two axes, whereas np.diagonal
 # operates on the first two axes by default
 return Array._new(np.diagonal(x._array, offset=offset, axis1=-2, axis2=-1))
 
 
 def eigh(x: Array, /) -> EighResult:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.linalg.eigh <numpy.linalg.eigh>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.eigh.
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in eigh')
 
 # Note: the return type here is a namedtuple, which is different from
 # np.eigh, which only returns a tuple.
 return EighResult(*map(Array._new, np.linalg.eigh(x._array)))
 
 
 def eigvalsh(x: Array, /) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.linalg.eigvalsh <numpy.linalg.eigvalsh>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.eigvalsh.
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in eigvalsh')
 
 return Array._new(np.linalg.eigvalsh(x._array))
 
 def inv(x: Array, /) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.linalg.inv <numpy.linalg.inv>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.inv.
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in inv')
 
 return Array._new(np.linalg.inv(x._array))
 
 
 # Note: matmul is the numpy top-level namespace but not in np.linalg
 def matmul(x1: Array, x2: Array, /) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.matmul <numpy.matmul>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to numeric dtypes only is different from
 # np.matmul.
 if x1.dtype not in _numeric_dtypes or x2.dtype not in _numeric_dtypes:
 raise TypeError('Only numeric dtypes are allowed in matmul')
 
 return Array._new(np.matmul(x1._array, x2._array))
 
 
 # Note: the name here is different from norm(). The array API norm is split
 # into matrix_norm and vector_norm().
 
 # The type for ord should be Optional[Union[int, float, Literal[np.inf,
 # -np.inf, 'fro', 'nuc']]], but Literal does not support floating-point
 # literals.
 def matrix_norm(x: Array, /, *, keepdims: bool = False, ord: Optional[Union[int, float, Literal['fro', 'nuc']]] = 'fro') -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.linalg.norm <numpy.linalg.norm>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.norm.
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in matrix_norm')
 
 return Array._new(np.linalg.norm(x._array, axis=(-2, -1), keepdims=keepdims, ord=ord))
 
 
 def matrix_power(x: Array, n: int, /) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.matrix_power <numpy.matrix_power>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.matrix_power.
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed for the first argument of matrix_power')
 
 # np.matrix_power already checks if n is an integer
 return Array._new(np.linalg.matrix_power(x._array, n))
 
 # Note: the keyword argument name rtol is different from np.linalg.matrix_rank
 def matrix_rank(x: Array, /, *, rtol: Optional[Union[float, Array]] = None) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.matrix_rank <numpy.matrix_rank>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: this is different from np.linalg.matrix_rank, which supports 1
 # dimensional arrays.
 if x.ndim < 2:
 raise np.linalg.LinAlgError("1-dimensional array given. Array must be at least two-dimensional")
 S = np.linalg.svd(x._array, compute_uv=False)
 if rtol is None:
 tol = S.max(axis=-1, keepdims=True) * max(x.shape[-2:]) * np.finfo(S.dtype).eps
 else:
 if isinstance(rtol, Array):
 rtol = rtol._array
 # Note: this is different from np.linalg.matrix_rank, which does not multiply
 # the tolerance by the largest singular value.
 tol = S.max(axis=-1, keepdims=True)*np.asarray(rtol)[..., np.newaxis]
 return Array._new(np.count_nonzero(S > tol, axis=-1))
 
 
 # Note: this function is new in the array API spec. Unlike transpose, it only
 # transposes the last two axes.
 def matrix_transpose(x: Array, /) -> Array:
 if x.ndim < 2:
 raise ValueError("x must be at least 2-dimensional for matrix_transpose")
 return Array._new(np.swapaxes(x._array, -1, -2))
 
 # Note: outer is the numpy top-level namespace, not np.linalg
 def outer(x1: Array, x2: Array, /) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.outer <numpy.outer>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to numeric dtypes only is different from
 # np.outer.
 if x1.dtype not in _numeric_dtypes or x2.dtype not in _numeric_dtypes:
 raise TypeError('Only numeric dtypes are allowed in outer')
 
 # Note: the restriction to only 1-dim arrays is different from np.outer
 if x1.ndim != 1 or x2.ndim != 1:
 raise ValueError('The input arrays to outer must be 1-dimensional')
 
 return Array._new(np.outer(x1._array, x2._array))
 
 # Note: the keyword argument name rtol is different from np.linalg.pinv
 def pinv(x: Array, /, *, rtol: Optional[Union[float, Array]] = None) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.linalg.pinv <numpy.linalg.pinv>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.pinv.
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in pinv')
 
 # Note: this is different from np.linalg.pinv, which does not multiply the
 # default tolerance by max(M, N).
 if rtol is None:
 rtol = max(x.shape[-2:]) * np.finfo(x.dtype).eps
 return Array._new(np.linalg.pinv(x._array, rcond=rtol))
 
 def qr(x: Array, /, *, mode: Literal['reduced', 'complete'] = 'reduced') -> QRResult:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.linalg.qr <numpy.linalg.qr>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.qr.
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in qr')
 
 # Note: the return type here is a namedtuple, which is different from
 # np.linalg.qr, which only returns a tuple.
 return QRResult(*map(Array._new, np.linalg.qr(x._array, mode=mode)))
 
 def slogdet(x: Array, /) -> SlogdetResult:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.linalg.slogdet <numpy.linalg.slogdet>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.slogdet.
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in slogdet')
 
 # Note: the return type here is a namedtuple, which is different from
 # np.linalg.slogdet, which only returns a tuple.
 return SlogdetResult(*map(Array._new, np.linalg.slogdet(x._array)))
 
 # Note: unlike np.linalg.solve, the array API solve() only accepts x2 as a
 # vector when it is exactly 1-dimensional. All other cases treat x2 as a stack
 # of matrices. The np.linalg.solve behavior of allowing stacks of both
 # matrices and vectors is ambiguous c.f.
 # https://github.com/numpy/numpy/issues/15349 and
 # https://github.com/data-apis/array-api/issues/285.
 
 # To workaround this, the below is the code from np.linalg.solve except
 # only calling solve1 in the exactly 1D case.
 def _solve(a, b):
 from ..linalg.linalg import (_makearray, _assert_stacked_2d,
 _assert_stacked_square, _commonType,
 isComplexType, get_linalg_error_extobj,
 _raise_linalgerror_singular)
 from ..linalg import _umath_linalg
 
 a, _ = _makearray(a)
 _assert_stacked_2d(a)
 _assert_stacked_square(a)
 b, wrap = _makearray(b)
 t, result_t = _commonType(a, b)
 
 # This part is different from np.linalg.solve
 if b.ndim == 1:
 gufunc = _umath_linalg.solve1
 else:
 gufunc = _umath_linalg.solve
 
 # This does nothing currently but is left in because it will be relevant
 # when complex dtype support is added to the spec in 2022.
 signature = 'DD->D' if isComplexType(t) else 'dd->d'
 extobj = get_linalg_error_extobj(_raise_linalgerror_singular)
 r = gufunc(a, b, signature=signature, extobj=extobj)
 
 return wrap(r.astype(result_t, copy=False))
 
 def solve(x1: Array, x2: Array, /) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.linalg.solve <numpy.linalg.solve>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.solve.
 if x1.dtype not in _floating_dtypes or x2.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in solve')
 
 return Array._new(_solve(x1._array, x2._array))
 
 def svd(x: Array, /, *, full_matrices: bool = True) -> SVDResult:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.linalg.svd <numpy.linalg.svd>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.svd.
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in svd')
 
 # Note: the return type here is a namedtuple, which is different from
 # np.svd, which only returns a tuple.
 return SVDResult(*map(Array._new, np.linalg.svd(x._array, full_matrices=full_matrices)))
 
 # Note: svdvals is not in NumPy (but it is in SciPy). It is equivalent to
 # np.linalg.svd(compute_uv=False).
 def svdvals(x: Array, /) -> Union[Array, Tuple[Array, ...]]:
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in svdvals')
 return Array._new(np.linalg.svd(x._array, compute_uv=False))
 
 # Note: tensordot is the numpy top-level namespace but not in np.linalg
 
 # Note: axes must be a tuple, unlike np.tensordot where it can be an array or array-like.
 def tensordot(x1: Array, x2: Array, /, *, axes: Union[int, Tuple[Sequence[int], Sequence[int]]] = 2) -> Array:
 # Note: the restriction to numeric dtypes only is different from
 # np.tensordot.
 if x1.dtype not in _numeric_dtypes or x2.dtype not in _numeric_dtypes:
 raise TypeError('Only numeric dtypes are allowed in tensordot')
 
 return Array._new(np.tensordot(x1._array, x2._array, axes=axes))
 
 # Note: trace is the numpy top-level namespace, not np.linalg
 def trace(x: Array, /, *, offset: int = 0, dtype: Optional[Dtype] = None) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.trace <numpy.trace>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 if x.dtype not in _numeric_dtypes:
 raise TypeError('Only numeric dtypes are allowed in trace')
 
 # Note: trace() works the same as sum() and prod() (see
 # _statistical_functions.py)
 if dtype is None:
 if x.dtype == float32:
 dtype = float64
 elif x.dtype == complex64:
 dtype = complex128
 # Note: trace always operates on the last two axes, whereas np.trace
 # operates on the first two axes by default
 return Array._new(np.asarray(np.trace(x._array, offset=offset, axis1=-2, axis2=-1, dtype=dtype)))
 
 # Note: vecdot is not in NumPy
 def vecdot(x1: Array, x2: Array, /, *, axis: int = -1) -> Array:
 if x1.dtype not in _numeric_dtypes or x2.dtype not in _numeric_dtypes:
 raise TypeError('Only numeric dtypes are allowed in vecdot')
 ndim = max(x1.ndim, x2.ndim)
 x1_shape = (1,)*(ndim - x1.ndim) + tuple(x1.shape)
 x2_shape = (1,)*(ndim - x2.ndim) + tuple(x2.shape)
 if x1_shape[axis] != x2_shape[axis]:
 raise ValueError("x1 and x2 must have the same size along the given axis")
 
 x1_, x2_ = np.broadcast_arrays(x1._array, x2._array)
 x1_ = np.moveaxis(x1_, axis, -1)
 x2_ = np.moveaxis(x2_, axis, -1)
 
 res = x1_[..., None, :] @ x2_[..., None]
 return Array._new(res[..., 0, 0])
 
 
 # Note: the name here is different from norm(). The array API norm is split
 # into matrix_norm and vector_norm().
 
 # The type for ord should be Optional[Union[int, float, Literal[np.inf,
 # -np.inf]]] but Literal does not support floating-point literals.
 def vector_norm(x: Array, /, *, axis: Optional[Union[int, Tuple[int, ...]]] = None, keepdims: bool = False, ord: Optional[Union[int, float]] = 2) -> Array:
 """
 Array API compatible wrapper for :py:func:`np.linalg.norm <numpy.linalg.norm>`.
 
 See its docstring for more information.
 """
 # Note: the restriction to floating-point dtypes only is different from
 # np.linalg.norm.
 if x.dtype not in _floating_dtypes:
 raise TypeError('Only floating-point dtypes are allowed in norm')
 
 # np.linalg.norm tries to do a matrix norm whenever axis is a 2-tuple or
 # when axis=None and the input is 2-D, so to force a vector norm, we make
 # it so the input is 1-D (for axis=None), or reshape so that norm is done
 # on a single dimension.
 a = x._array
 if axis is None:
 # Note: np.linalg.norm() doesn't handle 0-D arrays
 a = a.ravel()
 _axis = 0
 elif isinstance(axis, tuple):
 # Note: The axis argument supports any number of axes, whereas
 # np.linalg.norm() only supports a single axis for vector norm.
 normalized_axis = normalize_axis_tuple(axis, x.ndim)
 rest = tuple(i for i in range(a.ndim) if i not in normalized_axis)
 newshape = axis + rest
 a = np.transpose(a, newshape).reshape(
 (np.prod([a.shape[i] for i in axis], dtype=int), *[a.shape[i] for i in rest]))
 _axis = 0
 else:
 _axis = axis
 
 res = Array._new(np.linalg.norm(a, axis=_axis, ord=ord))
 
 if keepdims:
 # We can't reuse np.linalg.norm(keepdims) because of the reshape hacks
 # above to avoid matrix norm logic.
 shape = list(x.shape)
 _axis = normalize_axis_tuple(range(x.ndim) if axis is None else axis, x.ndim)
 for i in _axis:
 shape[i] = 1
 res = reshape(res, tuple(shape))
 
 return res
 
 __all__ = ['cholesky', 'cross', 'det', 'diagonal', 'eigh', 'eigvalsh', 'inv', 'matmul', 'matrix_norm', 'matrix_power', 'matrix_rank', 'matrix_transpose', 'outer', 'pinv', 'qr', 'slogdet', 'solve', 'svd', 'svdvals', 'tensordot', 'trace', 'vecdot', 'vector_norm']
 
 |