1. 程式人生 > >C++矩陣庫 Eigen 快速入門

C++矩陣庫 Eigen 快速入門

最近需要用 C++ 做一些數值計算,之前一直採用Matlab 混合程式設計的方式處理矩陣運算,非常麻煩,直到發現了 Eigen 庫,簡直相見恨晚,好用哭了。 Eigen 是一個基於C++模板的線性代數庫,直接將庫下載後放在專案目錄下,然後包含標頭檔案就能使用,非常方便。此外,Eigen的介面清晰,穩定高效。唯一的問題是之前一直用 Matlab,對 Eigen 的 API 介面不太熟悉,如果能有 Eigen 和 Matlab 對應的說明想必是極好的,終於功夫不負有心人,讓我找到了,原文在這裡,不過排版有些混亂,我將其重新整理了一下,方便日後查詢。

Eigen 矩陣定義

#include <Eigen/Dense>

Matrix
<double, 3, 3> A; // Fixed rows and cols. Same as Matrix3d. Matrix<double, 3, Dynamic> B; // Fixed rows, dynamic cols. Matrix<double, Dynamic, Dynamic> C; // Full dynamic. Same as MatrixXd. Matrix<double, 3, 3, RowMajor> E; // Row major; default is column-major.
Matrix3f P, Q, R; // 3x3 float matrix. Vector3f x, y, z; // 3x1 float matrix. RowVector3f a, b, c; // 1x3 float matrix. VectorXd v; // Dynamic column vector of doubles // Eigen // Matlab // comments x.size() //
length(x) // vector size C.rows() // size(C,1) // number of rows C.cols() // size(C,2) // number of columns x(i) // x(i+1) // Matlab is 1-based C(i,j) // C(i+1,j+1) //

 Eigen 基礎使用

// Basic usage
// Eigen        // Matlab           // comments
x.size()        // length(x)        // vector size
C.rows()        // size(C,1)        // number of rows
C.cols()        // size(C,2)        // number of columns
x(i)            // x(i+1)           // Matlab is 1-based
C(i, j)         // C(i+1,j+1)       //

A.resize(4, 4);   // Runtime error if assertions are on.
B.resize(4, 9);   // Runtime error if assertions are on.
A.resize(3, 3);   // Ok; size didn't change.
B.resize(3, 9);   // Ok; only dynamic cols changed.
                  
A << 1, 2, 3,     // Initialize A. The elements can also be
     4, 5, 6,     // matrices, which are stacked along cols
     7, 8, 9;     // and then the rows are stacked.
B << A, A, A;     // B is three horizontally stacked A's.
A.fill(10);       // Fill A with all 10's.

Eigen 特殊矩陣生成

// Eigen                            // Matlab
MatrixXd::Identity(rows,cols)       // eye(rows,cols)
C.setIdentity(rows,cols)            // C = eye(rows,cols)
MatrixXd::Zero(rows,cols)           // zeros(rows,cols)
C.setZero(rows,cols)                // C = ones(rows,cols)
MatrixXd::Ones(rows,cols)           // ones(rows,cols)
C.setOnes(rows,cols)                // C = ones(rows,cols)
MatrixXd::Random(rows,cols)         // rand(rows,cols)*2-1        // MatrixXd::Random returns uniform random numbers in (-1, 1).
C.setRandom(rows,cols)              // C = rand(rows,cols)*2-1
VectorXd::LinSpaced(size,low,high)  // linspace(low,high,size)'
v.setLinSpaced(size,low,high)       // v = linspace(low,high,size)'

Eigen 矩陣分塊

// Matrix slicing and blocks. All expressions listed here are read/write.
// Templated size versions are faster. Note that Matlab is 1-based (a size N
// vector is x(1)...x(N)).
// Eigen                           // Matlab
x.head(n)                          // x(1:n)
x.head<n>()                        // x(1:n)
x.tail(n)                          // x(end - n + 1: end)
x.tail<n>()                        // x(end - n + 1: end)
x.segment(i, n)                    // x(i+1 : i+n)
x.segment<n>(i)                    // x(i+1 : i+n)
P.block(i, j, rows, cols)          // P(i+1 : i+rows, j+1 : j+cols)
P.block<rows, cols>(i, j)          // P(i+1 : i+rows, j+1 : j+cols)
P.row(i)                           // P(i+1, :)
P.col(j)                           // P(:, j+1)
P.leftCols<cols>()                 // P(:, 1:cols)
P.leftCols(cols)                   // P(:, 1:cols)
P.middleCols<cols>(j)              // P(:, j+1:j+cols)
P.middleCols(j, cols)              // P(:, j+1:j+cols)
P.rightCols<cols>()                // P(:, end-cols+1:end)
P.rightCols(cols)                  // P(:, end-cols+1:end)
P.topRows<rows>()                  // P(1:rows, :)
P.topRows(rows)                    // P(1:rows, :)
P.middleRows<rows>(i)              // P(i+1:i+rows, :)
P.middleRows(i, rows)              // P(i+1:i+rows, :)
P.bottomRows<rows>()               // P(end-rows+1:end, :)
P.bottomRows(rows)                 // P(end-rows+1:end, :)
P.topLeftCorner(rows, cols)        // P(1:rows, 1:cols)
P.topRightCorner(rows, cols)       // P(1:rows, end-cols+1:end)
P.bottomLeftCorner(rows, cols)     // P(end-rows+1:end, 1:cols)
P.bottomRightCorner(rows, cols)    // P(end-rows+1:end, end-cols+1:end)
P.topLeftCorner<rows,cols>()       // P(1:rows, 1:cols)
P.topRightCorner<rows,cols>()      // P(1:rows, end-cols+1:end)
P.bottomLeftCorner<rows,cols>()    // P(end-rows+1:end, 1:cols)
P.bottomRightCorner<rows,cols>()   // P(end-rows+1:end, end-cols+1:end)

Eigen 矩陣元素交換

// Of particular note is Eigen's swap function which is highly optimized.
// Eigen                           // Matlab
R.row(i) = P.col(j);               // R(i, :) = P(:, i)
R.col(j1).swap(mat1.col(j2));      // R(:, [j1 j2]) = R(:, [j2, j1])

Eigen 矩陣轉置

// Views, transpose, etc; all read-write except for .adjoint().
// Eigen                           // Matlab
R.adjoint()                        // R'
R.transpose()                      // R.' or conj(R')
R.diagonal()                       // diag(R)
x.asDiagonal()                     // diag(x)
R.transpose().colwise().reverse(); // rot90(R)
R.conjugate()                      // conj(R)

Eigen 矩陣乘積

// All the same as Matlab, but matlab doesn't have *= style operators.
// Matrix-vector.  Matrix-matrix.   Matrix-scalar.
y  = M*x;          R  = P*Q;        R  = P*s;
a  = b*M;          R  = P - Q;      R  = s*P;
a *= M;            R  = P + Q;      R  = P/s;
                   R *= Q;          R  = s*P;
                   R += Q;          R *= s;
                   R -= Q;          R /= s;

Eigen 矩陣單個元素操作

// Vectorized operations on each element independently
// Eigen                  // Matlab
R = P.cwiseProduct(Q);    // R = P .* Q
R = P.array() * s.array();// R = P .* s
R = P.cwiseQuotient(Q);   // R = P ./ Q
R = P.array() / Q.array();// R = P ./ Q
R = P.array() + s.array();// R = P + s
R = P.array() - s.array();// R = P - s
R.array() += s;           // R = R + s
R.array() -= s;           // R = R - s
R.array() < Q.array();    // R < Q
R.array() <= Q.array();   // R <= Q
R.cwiseInverse();         // 1 ./ P
R.array().inverse();      // 1 ./ P
R.array().sin()           // sin(P)
R.array().cos()           // cos(P)
R.array().pow(s)          // P .^ s
R.array().square()        // P .^ 2
R.array().cube()          // P .^ 3
R.cwiseSqrt()             // sqrt(P)
R.array().sqrt()          // sqrt(P)
R.array().exp()           // exp(P)
R.array().log()           // log(P)
R.cwiseMax(P)             // max(R, P)
R.array().max(P.array())  // max(R, P)
R.cwiseMin(P)             // min(R, P)
R.array().min(P.array())  // min(R, P)
R.cwiseAbs()              // abs(P)
R.array().abs()           // abs(P)
R.cwiseAbs2()             // abs(P.^2)
R.array().abs2()          // abs(P.^2)
(R.array() < s).select(P,Q);  // (R < s ? P : Q)

Eigen 矩陣化簡

// Reductions.
int r, c;
// Eigen                  // Matlab
R.minCoeff()              // min(R(:))
R.maxCoeff()              // max(R(:))
s = R.minCoeff(&r, &c)    // [s, i] = min(R(:)); [r, c] = ind2sub(size(R), i);
s = R.maxCoeff(&r, &c)    // [s, i] = max(R(:)); [r, c] = ind2sub(size(R), i);
R.sum()                   // sum(R(:))
R.colwise().sum()         // sum(R)
R.rowwise().sum()         // sum(R, 2) or sum(R')'
R.prod()                  // prod(R(:))
R.colwise().prod()        // prod(R)
R.rowwise().prod()        // prod(R, 2) or prod(R')'
R.trace()                 // trace(R)
R.all()                   // all(R(:))
R.colwise().all()         // all(R)
R.rowwise().all()         // all(R, 2)
R.any()                   // any(R(:))
R.colwise().any()         // any(R)
R.rowwise().any()         // any(R, 2)

Eigen 矩陣點乘

// Dot products, norms, etc.
// Eigen                  // Matlab
x.norm()                  // norm(x).    Note that norm(R) doesn't work in Eigen.
x.squaredNorm()           // dot(x, x)   Note the equivalence is not true for complex
x.dot(y)                  // dot(x, y)
x.cross(y)                // cross(x, y) Requires #include <Eigen/Geometry>

Eigen 矩陣型別轉換

//// Type conversion
// Eigen                           // Matlab
A.cast<double>();                  // double(A)
A.cast<float>();                   // single(A)
A.cast<int>();                     // int32(A)
A.real();                          // real(A)
A.imag();                          // imag(A)
// if the original type equals destination type, no work is done

Eigen 求解線性方程組 Ax = b

// Solve Ax = b. Result stored in x. Matlab: x = A \ b.
x = A.ldlt().solve(b));  // A sym. p.s.d.    #include <Eigen/Cholesky>
x = A.llt() .solve(b));  // A sym. p.d.      #include <Eigen/Cholesky>
x = A.lu()  .solve(b));  // Stable and fast. #include <Eigen/LU>
x = A.qr()  .solve(b));  // No pivoting.     #include <Eigen/QR>
x = A.svd() .solve(b));  // Stable, slowest. #include <Eigen/SVD>
// .ldlt() -> .matrixL() and .matrixD()
// .llt()  -> .matrixL()
// .lu()   -> .matrixL() and .matrixU()
// .qr()   -> .matrixQ() and .matrixR()
// .svd()  -> .matrixU(), .singularValues(), and .matrixV()

Eigen 矩陣特徵值

// Eigenvalue problems
// Eigen                          // Matlab
A.eigenvalues();                  // eig(A);
EigenSolver<Matrix3d> eig(A);     // [vec val] = eig(A)
eig.eigenvalues();                // diag(val)
eig.eigenvectors();               // vec
// For self-adjoint matrices use SelfAdjointEigenSolver<>

 參考文獻

【1】http://eigen.tuxfamily.org/dox/AsciiQuickReference.txt

【2】http://blog.csdn.net/augusdi/article/details/12907341

相關推薦

Eigen 2】C++矩陣 Eigen快速入門

Eigen 矩陣定義 #include <Eigen/Dense> Matrix<double, 3, 3> A; // Fixed rows and cols. Same as Matrix3d. Matrix&

C++矩陣 Eigen 快速入門

最近需要用 C++ 做一些數值計算,之前一直採用Matlab 混合程式設計的方式處理矩陣運算,非常麻煩,直到發現了 Eigen 庫,簡直相見恨晚,好用哭了。 Eigen 是一個基於C++模板的線性代數庫,直接將庫下載後放在專案目錄下,然後包含標頭檔案就能使用,非常方便。此外,Eigen的介面清晰,穩定高效。唯

c++標準執行緒入門

自c++11版本後,標準庫也提供了對執行緒的支援。雖然大多場合還是使用其他的三方執行緒庫,如:boost::thread, QThread等,但是學習下還是有必要的。 1. std::thread簡介 ***std::thread***類即建立子執行緒的類,

C++語音識別介面快速入門(Microsoft Speech SDK)——文字轉語音

C++語音識別介面快速入門(Microsoft Speech SDK) 尤其注意其中的寬字串轉化 #include <iostream> #include <sapi.h> //匯入語音標頭檔案 #include <string

C#正則表示式快速入門

[介紹]    作者將自己在學習正則表示式中的心得和筆記作了個總結性文章,希望對初學C#正則表示式的讀者有幫助。[內容]什麼是正則表示式涉及的基本的類正則表示式基礎知識構建表示式基本方法編寫一個檢驗程式參考資料[正文]    對於初學者看到類似“/[email pr

C++ 矩陣計算 Eigen 使用筆記(一)

1. intel Math Kernel Library 的呼叫 在 #include 任何 Eigen 庫的標頭檔案之前,定義巨集 #define EIGEN_USE_MKL_ALL 可以根據自己的需要單獨定義所需的 MKL 部分。可用的巨集是EIGEN_USE_BLAS

【1.1】Eigen C++ 矩陣開源學習之稠密矩陣和陣列操作——矩陣

稠密矩陣和陣列操作 http://eigen.tuxfamily.org/dox-devel/group__DenseMatrixManipulation__chapter.html 包含模組: 1.矩陣類 2.矩陣和向量的運算

eigen C++模板矩陣

一個不用安裝即可使用的C++矩陣計算庫 官網: API documentation for eigen3 API documentation for eigen2 官網下載原始碼後直接將原始碼目錄新增到編譯器包含目錄即可使用。

(讀後感)C++ Primer(第四版) 第三章 快速入門 標準型別

之所以稱為抽象型別,是因為我們在使用時不用關心它們是如何表示的,只需要知道這些抽象型別支援哪些操作就可以了。 字串與標準庫string型別不是同一型別。 cin >> s, 如果輸入 hello world,只會把hello存到s中去,因為標準輸入會讀取字串直

C#快速入門

esp 語言 邏輯 相同 多態性 不同 tostring 處理 處理器 [學習筆記] 一、簡介 1、C#是由Anders Hejlsberg和他的團隊在.Net框架開發期間開發的;是.Net框架的一部分。   C#是專為公共語言基礎結構(CLI)設計的,CLI由可執行代碼

Spring Boot快速入門(五):使用MyBatis(註解形式)進行數據操作

訪問 ins name ont clas assert xxx main apach 原文地址:https://lierabbit.cn/articles/7 添加依賴 新建項目選擇web,MyBatis,MySQL三個依賴 對於已存在的項目可以在bulid.gradle

【番外篇】ASP.NET MVC快速入門之免費jQuery控件(MVC5+EF6)

south ade 批量刪除 HP 存儲 重新 mode eve 穩定 目錄 【第一篇】ASP.NET MVC快速入門之數據庫操作(MVC5+EF6) 【第二篇】ASP.NET MVC快速入門之數據註解(MVC5+EF6) 【第三篇】ASP.NET MVC快速入門之安全策略

【第一篇】ASP.NET MVC快速入門之數據操作(MVC5+EF6)

c項目 教程 建數據庫 因此 F5 ctr 文件頭部 lec 跨站請求偽造 目錄 【第一篇】ASP.NET MVC快速入門之數據庫操作(MVC5+EF6) 【第二篇】ASP.NET MVC快速入門之數據註解(MVC5+EF6) 【第三篇】ASP.NET MVC快速入門之安全

C#操作Sqlite快速入門及相關工具收集

收集 html urn net sel 2.3 dbn .org .sh Sqlite不需要安裝即可使用。Sqlite是不是那個System.Data.SQLite.DLL臨時創建了數據庫引擎?1.新建一個WinForm項目,引用System.Data.SQLite.DLL

Windows下快速安裝C++程序完整Boost+VS2017激活

clas 編譯安裝 name times 工具 ++ png size iostream 編寫C++的代碼使用什麽IDE呢? Windows用戶:Clion或VS2017,關於CLion等軟件的crack請進:http://blog.51cto.com/xvjunjie/

C語言快速入門一:win10系統環境搭建

atomic rap main b-s 驗證 完成 try enable -o 0、搭建環境:WIN10 64位 1.下載minGW.zip編譯器 2.解決上述文件,配置環境變量 3.配置變成後驗證:打開cmd命令行,輸入gcc -v 提示以下內容,說明編譯器安裝成功 D:

C++快速入門、變量、基本類型

如果 style line clas 沒有 建立 oat 有時 變量名 整理看書過程中要註意的點 1、每個函數都必須指定返回類型,main函數的返回類型為int,通常return 0;,return 語句後面要增加“;” 2、C++文件後綴:cc,cpp,cxx,c

C++快速入門---檔案IO(3)

C++快速入門---檔案IO(3)   argc與argv[] 在程式中,main函式有兩個引數,整形變數argc和字元指標陣列argv[] argc:程式的引數數量,包括本身 argv[]的每個指標指向命令列的一個字串,所以argv[0]指向字串"copyFile.e

C++快速入門---cin和cout輸入的一些方法(2)

C++快速入門---cin輸入的一些方法(2)   注意: cin.ignore():忽略前7個字元 cin.getline():接收一個字串 cin.get():獲取一個字元 cin.peek():提取一個字元,不會改變輸入流裡面的資料 cin.gcount(

C++快速入門---自動對所有的整數進行求和並打印出結果(1)

C++快速入門---自動對所有的整數進行求和並打印出結果(1)   要求: 編寫一個程式,要求使用者輸入一串整數和任意數目的空格,這些整數必須位於同一行中,但允許出現在改行中的任何位置。當用戶按下鍵盤上的“Enter”鍵時,資料輸入結束。程式自動對所有的整數進行求和並打印出結果