プログラミング

PHPのマトリックス操作ガイド

最終更新： 22/03/2025
1 分の読み

PHPにおける「マトリックスの操作と管理」について完全かつ包括的な記事を以下に示します。

PHPにおけるマトリックス（配列）の基本操作

PHPでは、マトリックス（または2次元配列）は、行と列を持つ配列構造です。基本的には配列の配列を使って表現されます。例えば、学生の成績を管理する場合や、ゲームのボードなど、2次元データを操作する際に役立ちます。

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1. マトリックスの作成

PHPで2次元配列を作成するためには、配列の中に配列を入れる形で定義します。以下はその基本的な例です。

php
$matrix = array(
    array(1, 2, 3),
    array(4, 5, 6),
    array(7, 8, 9)
);

このコードでは、3×3のマトリックスを作成しています。各行は内部の配列として格納され、列はそれぞれの配列の要素として扱われます。

2. マトリックスのアクセス

マトリックスの要素にアクセスするには、行と列のインデックスを指定します。PHPの配列は0から始まるインデックスを持つため、以下のようにアクセスできます。

php
echo $matrix[0][0]; // 出力: 1
echo $matrix[1][2]; // 出力: 6
echo $matrix[2][1]; // 出力: 8

上記の例では、最初の行と最初の列にアクセスしたり、特定の行の最後の列にアクセスしています。

3. マトリックスの行の追加・削除

行を追加するには、array_push()関数を使用します。また、行を削除するにはarray_pop()やunset()関数を使うことができます。

php
// 行の追加
array_push($matrix, array(10, 11, 12));

// 行の削除
array_pop($matrix);

これにより、マトリックスに新しい行を追加したり、最後の行を削除することができます。

4. マトリックスの列の追加・削除

列を追加または削除するには、少し工夫が必要です。すべての行に対して列を追加または削除する必要があります。以下に列を追加する例を示します。

php
// 各行に新しい列を追加
foreach ($matrix as $key => $row) {
    array_push($matrix[$key], 0); // 新しい列を追加（0で初期化）
}

// 結果の表示
print_r($matrix);

列の削除も、各行の最後の要素を削除することで行えます。

php
// 各行の最後の列を削除
foreach ($matrix as $key => $row) {
    array_pop($matrix[$key]); // 最後の列を削除
}

// 結果の表示
print_r($matrix);

5. マトリックスの回転

2次元配列を90度回転させる処理は、行と列を逆転させる形で実現できます。以下はその例です。

php
function rotateMatrix($matrix) {
    $rotated = array();
    foreach ($matrix as $i => $row) {
        foreach ($row as $j => $value) {
            $rotated[$j][$i] = $value;
        }
    }
    return $rotated;
}

// 90度回転させたマトリックス
$rotatedMatrix = rotateMatrix($matrix);

// 結果の表示
print_r($rotatedMatrix);

このコードでは、元のマトリックスを90度回転させて、新しい配列に格納します。

6. マトリックスの行列積（掛け算）

行列の掛け算もPHPで実行できます。行列積を求めるためには、各行の要素を掛け合わせ、加算します。以下はその実装例です。

php
function multiplyMatrices($matrix1, $matrix2) {
    $result = array();
    $matrix2T = transposeMatrix($matrix2);  // 行列2を転置
    foreach ($matrix1 as $row1) {
        $resultRow = array();
        foreach ($matrix2T as $row2) {
            $sum = 0;
            for ($i = 0; $i < count($row1); $i++) {
                $sum += $row1[$i] * $row2[$i];
            }
            $resultRow[] = $sum;
        }
        $result[] = $resultRow;
    }
    return $result;
}

function transposeMatrix($matrix) {
    $transposed = array();
    foreach ($matrix as $i => $row) {
        foreach ($row as $j => $value) {
            $transposed[$j][$i] = $value;
        }
    }
    return $transposed;
}

// 行列の掛け算
$matrix1 = array(
    array(1, 2),
    array(3, 4)
);
$matrix2 = array(
    array(5, 6),
    array(7, 8)
);
$result = multiplyMatrices($matrix1, $matrix2);

// 結果の表示
print_r($result);

この関数では、まず行列の転置を行い、次に行列積を計算します。

7. マトリックスの平均値・合計値

マトリックスの各行または全体の平均値や合計値を計算することもできます。例えば、マトリックス全体の合計を計算するには、以下のようにします。

php
function sumMatrix($matrix) {
    $sum = 0;
    foreach ($matrix as $row) {
        foreach ($row as $value) {
            $sum += $value;
        }
    }
    return $sum;
}

$sum = sumMatrix($matrix);
echo "マトリックスの合計: " . $sum;

8. マトリックスの転置

行列を転置することで、行と列を入れ替えることができます。転置を実行するには、以下のようにします。

php
function transpose($matrix) {
    $transpose = array();
    foreach ($matrix as $i => $row) {
        foreach ($row as $j => $value) {
            $transpose[$j][$i] = $value;
        }
    }
    return $transpose;
}

$transposed = transpose($matrix);
print_r($transposed);

これにより、行と列が逆転した新しい行列が得られます。

結論

PHPでのマトリックス（2次元配列）の取り扱いは、非常に強力で柔軟な機能を提供します。基本的な操作から、行列積、転置、回転、さらには集計処理まで、PHPは簡単にマトリックス操作を実行できるツールを提供しています。これにより、数学的な計算やデータ解析、さらにはゲーム開発など、さまざまなアプリケーションで有用な機能を実現できます。

最終更新： 22/03/2025
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