最近为了在C++中使用矩阵运算,简单学习了一下Eigen矩阵库。Eigen比Armadillo相对底层一点,但是只需要添加头文库即可使用,不使用额外的编译和安装过程。
基本定义
-
Matrix3f
是3*3
矩阵,MatrixXf
表示矩阵维数不确定,MatrixXf m(3,4)
表示3*4
矩阵。 - 'MatrixXd
是
double型,
MatrixXf是
float`型。
列优先和行优先
Eigen中存储Matrix用的是column-major,但是初始化赋值的时候是row-major
Matrix3d m;
m << 1,2,3,4,5,6,7,8,9;
/* 1 2 3
4 5 6
7 8 9*/
m(3)=2
,而不是4
。
矩阵运算
矩阵相乘:m1*m2
element-wise 相乘:m1.cwiseProduct(m2)
没有除法,但是有倒数,m1.cwiseInverse()
,所以m1除m2即m1.cwiseProduct(m2.cwiseInverse())
元素操作
可以对Matrix中的所有元素使用常用函数或自定义函数进行运算,首先需要将Matrix转换为Array,例如
m1.array().sqrt()
等价于将m1
矩阵中的所有元素xsqrt(x)
注意:m1.array()
将矩阵m1
转换成了Array,此时m1
不再是矩阵,不能够和其他矩阵出现在同一个表达式中,除非是=
赋值运算符。Eigen允许将一个Array赋值给Matrix,也可以将一个Matrix赋值给Array。可以使用.matrix()
将Array转换回矩阵。以下面代码为例:
out = out.cwiseProduct(bn_var.array().sqrt().cwiseInverse());
上面代码会报错,因为bn_var.array().sqrt().cwiseInverse()
现在是Array,而不是Matrix。正确的表达式应该是
out = out.cwiseProduct(bn_var.array().sqrt().cwiseInverse().matrix());
可以使用.unaryExpr
自定义函数,
出处:https://stackoverflow.com/questions/33786662/apply-function-to-all-eigen-matrix-element @vsoftco
#include <cmath>
#include <iostream>
#include <Eigen/Core>
double Exp(double x) // the functor we want to apply
{
return std::exp(x);
}
int main()
{
Eigen::MatrixXd m(2, 2);
m << 0, 1, 2, 3;
std::cout << m << std::endl << "becomes: ";
std::cout << std::endl << m.unaryExpr(&Exp) << std::endl;
}
从CSV中读取矩阵
函数出处:https://gist.github.com/infusion/43bd2aa421790d5b4582 @Robert Eisele
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <Eigen/Dense>
Eigen::MatrixXd readCSV(std::string file, int rows, int cols) {
std::ifstream in(file);
std::string line;
int row = 0;
int col = 0;
Eigen::MatrixXd res = Eigen::MatrixXd(rows, cols);
if (in.is_open()) {
while (std::getline(in, line)) {
char *ptr = (char *) line.c_str();
int len = line.length();
col = 0;
char *start = ptr;
for (int i = 0; i < len; i++) {
if (ptr[i] == ',') {
res(row, col++) = atof(start);
start = ptr + i + 1;
}
}
res(row, col) = atof(start);
row++;
}
in.close();
}
return res;
}
replicate
vec.replicate(times)
mat.replicate(vertical_times, horizontal_times)
mat.colwise().replicate(vertical_times, horizontal_times)
mat.rowwise().replicate(vertical_times, horizontal_times)