Si tu matriz tiene siempre las mismas dimensiones y número de variables, realmente es tan simple como usar las variables en el propio literal de lista:
k1 = float(input("Ingrese valor de k1: "))
k2 = float(input("Ingrese valor de k2: "))
k = [[k1, -k1, 0],
[-k1, k1 + k2, -k2],
[0, -k2, k2]]
print(k)
Ingrese valor de k1: 5
Ingrese valor de k2: 3
[[5.0, -5.0, 0], [-5.0, 8.0, -3.0], [0, -3.0, 3.0]]
Edición 1
Para que sea adaptable a cualquier número de k
podemos hacer uso de una función y llenar la diagonal principal y las dos paralelas adecuadamente en función de las ks
proporcionadas.
Por ejemplo:
def gen_kmatrix(*ks):
diagonal = [ks[0]] + [ks[i] + ks[i+1] for i in range(len(ks) - 1)]
shape = len(ks) + 1
k = [[0] * shape for _ in range(shape)]
for i in range(shape - 1):
k[i][i] = diagonal[i]
k[i][i + 1] = k[i + 1][i] = -ks[i]
k[-1][-1] = ks[-1]
return k
>>> k1 = 5
>>> k2 = 3
>>> k3 = 7
>>> k = gen_kmatrix(k1, k2, k3)
>>> k
[[5, -5, 0, 0], [-5, 8, -3, 0], [0, -3, 10, -7], [0, 0, -7, 7]]
o por ejemplo, con 10 variables:
>>> ks = [3, 2, 5, 7, 9, 11, 13, 8, 6, 1]
>>> k = gen_kmatrix(*ks)
>>> k
[[ 3, -3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
[ -3, 5, -2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
[ 0, -2, 7, -5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
[ 0, 0, -5, 12, -7, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
[ 0, 0, 0, -7, 16, -9, 0, 0, 0, 0, 0],
[ 0, 0, 0, 0, -9, 20, -11, 0, 0, 0, 0],
[ 0, 0, 0, 0, 0, -11, 24, -13, 0, 0, 0],
[ 0, 0, 0, 0, 0, 0, -13, 21, -8, 0, 0],
[ 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -8, 14, -6, 0],
[ 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -6, 7, -1],
[ 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, 1]
]
Edición 2
Si se quiere usar NumPy la idea sería en principio la misma, pero dado que NumPy permite usar slices (cortes o rebanados) para asignar valores la cosa se simplifica, pudiendo prescindir de ciclos explícitos:
import numpy as np
def gen_kmatrix_np(*ks):
ks = np.array(ks)
shape = len(ks) + 1
k = np.zeros((shape, shape))
# Llenamos diagonal principal
k[0, 0] = ks[0]
k[-1, -1] = ks[-1]
k[np.arange(1, shape - 1), np.arange(1, shape - 1)] = ks[:-1] + ks[1:]
# Llenamos diagonales paralelas superior e inferior
idx1, idx2 = np.arange(1, shape), np.arange(0, shape - 1)
k[idx1, idx2] = k[idx2, idx1] = -ks
return k
>>> gen_kmatrix_np(5, 3, 7)
array([[ 5., -5., 0., 0.],
[-5., 8., -3., 0.],
[ 0., -3., 10., -7.],
[ 0., 0., -7., 7.]])
Como cabe esperar el tiempo de ejecución se reduce enormememte, por ejemplo, para 1000 ks:
gen_kmatrix: 8.94 ms ± 58.3 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100 loops each)
gen_kmatrix_np: 1.27 ms ± 16.3 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000 loops each)
Edición 3
Si no necesitas la primera fila ni la primera columna solo hay que modificar un poco la función para que simplemente no las genere:
def gen_kmatrix(*ks):
diagonal = [ks[i] + ks[i+1] for i in range(len(ks) - 1)]
shape = len(ks)
k = [[0] * shape for _ in range(shape)]
for i in range(shape - 1):
k[i][i] = diagonal[i]
k[i][i + 1] = k[i + 1][i] = -ks[i + 1]
k[-1][-1] = ks[-1]
return k
>>> gen_kmatrix(5, 3, 7)
[[ 8, -3, 0],
[-3, 10, -7],
[ 0, -7, 7]]
import numpy as np
def gen_kmatrix_np(*ks):
ks = np.array(ks)
shape = len(ks)
k = np.zeros((shape, shape))
idx1, idx2 = np.arange(1, shape), np.arange(shape - 1)
# Llenamos diagonal principal
k[-1, -1] = ks[-1]
k[idx2, idx2] = ks[:-1] + ks[1:]
# Llenamos diagonales paralelas superior e inferior
k[idx1, idx2] = k[idx2, idx1] = -ks[1:]
return k
>>> gen_kmatrix_np(5, 3, 7)
array([[ 8., -3., 0.],
[-3., 10., -7.],
[ 0., -7., 7.]])