C++矩陣處理庫--Eigen初步使用
項目要進行比較多的矩陣操作,特別是二維矩陣。剛開始做實驗時,使用了動態二維數組,於是寫了一堆Matrix函數,作矩陣的乘除加減求逆求行列式。實驗做完了,開始做代碼優化,發現Matrix.h文件裡適用性太低,而且動態二維數組的空間分配與釋放也影響效率,於是尋找其他解決方案。
首先考慮的是與Matlab混合編程,折騰了半天把Matlab環境與VS2010環境之後,發現Matlab編譯出來的函數使用起來也比較麻煩,要把數組轉化成該函數適用的類型後才能使用這些函數。我的二維數組也不是上千萬維的,估計這個轉化的功夫就犧牲了一部分效率了。(如果誰有混合編程的心得,求幫忙,囧。。。)
接著想到使用一維數組的方法,或者把一維數組封裝在一個類裡邊。想著又要寫一堆矩陣操作函數頭就大,索性谷歌了一下矩陣處理庫,除了自己之前知道的OpenCV庫(之前由於轉化cvarr麻煩,於是放棄),還有Eigen, Armadillo。
http://blog.csdn.net/houston11235/article/details/8501135該博客對這三個庫的效率做了一個簡單的評測,OpenCV庫的矩陣操作效率是最低的,還好我沒使用。Eigen速度最快,與自己定義數組的操作效率相當(- -,才相當嗎?我本來還想找個更快的呢)。於是選擇使用Eigen。
進入正題。
簡單使用: 看了一下官方文檔,Eigen庫除了能實現各種矩陣操作外,貌似還提供《數學分析》中的各種矩陣操作(包括L矩陣U矩陣)。目前我使用到的還是簡單的矩陣操作,如加減乘除,求行列式,轉置,逆,這些基本操作只要:
#include "Eigen/Eigen"
using namespace Eigen;
就能實現,別忘了名空間Eigen。 包含的類型:
Matrices Arrays
Matrix<float,Dynamic,Dynamic> <=> MatrixXf
Matrix<double,Dynamic,1> <=> VectorXd
Matrix<int,1,Dynamic> <=> RowVectorXi
Matrix<float,3,3> <=> Matrix3f
Matrix<float,4,1> <=> Vector4f
Array<float,Dynamic,Dynamic> <=> ArrayXXf
Array<double,Dynamic,1> <=> ArrayXd
Array<int,1,Dynamic> <=> RowArrayXi
Array<float,3,3> <=> Array33f
Array<float,4,1> <=> Array4f
如上表,主要包括兩種類型,Matrices與Arryays,接著是這兩種類型的派生類型。現在我用到的是Matrices(我不明白這兩種類型在效率間有什麼差距,囧。。。),其中Matrix代表二維矩陣,Vector代表列向量RowVector代表行向量。如果後面跟著X,則代表是動態的數組,運行時可以根據需求改變,如果是數字,則代表是靜態的(根據實驗,最多能建立4維的靜態矩陣或者數組,- -,為嘛不是6維,實驗正好需要)。i代表int類型,f代表float類型,d代表double。 對應關係:
Arrays類型的話也跟Matrices差不多。 基本操作,定義,初始化,矩陣操作:
#include <iostream>
#include "Eigen/Eigen"
using namespace std;
using namespace Eigen;
void foo(MatrixXf& m)
{
Matrix3f m2=Matrix3f::Zero(3,3);
m2(0,0)=1;
m=m2;
}
int main()
{
/* 定義,定義時默認沒有初始化,必須自己初始化 */
MatrixXf m1(3,4); //動態矩陣,建立3行4列。
MatrixXf m2(4,3); //4行3列,依此類推。
MatrixXf m3(3,3);
Vector3f v1; //若是靜態數組,則不用指定行或者列
/* 初始化 */
m1 = MatrixXf::Zero(3,4); //用0矩陣初始化,要指定行列數
m2 = MatrixXf::Zero(4,3);
m3 = MatrixXf::Identity(3,3); //用單位矩陣初始化
v1 = Vector3f::Zero(); //同理,若是靜態的,不用指定行列數
m1 << 1,0,0,1, //也可以以這種方式初始化
1,5,0,1,
0,0,9,1;
m2 << 1,0,0,
0,4,0,
0,0,7,
1,1,1;
/* 元素的訪問 */
v1[1] = 1;
m3(2,2) = 7;
cout<<"v1:\n"<<v1<<endl;
cout<<"m3:\n"<<m3<<endl;
/* 複製操作 */
VectorXf v2=v1; //複製後,行數與列數和右邊的v1相等,matrix也是一樣,
//也可以通過這種方式重置動態數組的行數與列數
cout<<"v2:\n"<<v2<<endl;
/* 矩陣操作,可以實現 + - * / 操作,同樣可以實現連續操作(但是維數必須符合情況),
如m1,m2,m3維數相同,則可以m1 = m2 + m3 + m1; */
m3 = m1 * m2;
v2 += v1;
cout<<"m3:\n"<<m3<<endl;
cout<<"v2:\n"<<v2<<endl;
//m3 = m3.transpose(); 這句出現錯誤,估計不能給自己賦值
cout<<"m3轉置:\n"<<m3.transpose()<<endl;
cout<<"m3行列式:\n"<<m3.determinant()<<endl;
m3 = m3.inverse();
cout<<"m3求逆:\n"<<m3<<endl;
return 0;
}