Eigen库矩阵运算使用方法

Eigen这个类库,存的东西好多的,来看一下主要的几个头文件吧:

——Core

有关矩阵和数组的类,有基本的线性代数(包含 三角形 和 自伴乘积 相关),还有相应对数组的操作。

——Geometry

几何学的类,有关转换、平移、进位制、2D旋转、3D旋转(四元组和角轴相关)

——LU

逻辑单元的类,有关求逆,求行列式,LU分解解算器(FullPivLU,PartialPivLU)

——Cholesky

包含LLT和LDLT的乔里斯基因式分解法。

(小科普:Cholesky分解是把一个对称正定的矩阵表示成一个下三角矩阵L和其转置的乘积的分解)

——Householder

豪斯霍尔德变换,这个模块供几个线性代数模块使用。

(Householder transform:  维基百科 )

——SVD

奇异值分解,最小二乘解算器解决奇异值分解。

——QR

QR分解求解,三种方法:HouseholderQR、ColPivHouseholderQR、FullPivHouseholderQR

——Eigenvalues

特征值和特征向量分解的方法:EigenSolver、SelfAdjointEigenSolver、ComplexEigenSolver

——Sparse

稀疏矩阵相关类,对于稀疏矩阵的存储及相关基本线性代数

——Dense

包含: Core、Gelometry、LU、Cholesky、SVD、QR和Eigenvalues模块(头文件)

——Eigen

包含上述所有的模块(头文件)

矩阵定义

#include <Eigen/Dense>
#include <Eigen/Core>

//Static Matrix
Matrix<double, 3, 3> A; // Fixed rows and cols. Same as Matrix3d.
Matrix<double, 3, 3, RowMajor> E; // Row major; default is column-major.代表着行优先,在内存中,存储时按行存储
Matrix3f P, Q, R; // 3x3 float matrix.
// Dynamic Matrix
Matrix<double, 3, Dynamic> B; // Fixed rows, dynamic cols.
Matrix<double, Dynamic, Dynamic> C; // Full dynamic. Same as MatrixXd.
//vector
Vector3f x, y, z; // 3x1 float matrix.
RowVector3f a, b, c; // 1x3 float matrix.
VectorXd v; // Dynamic column vector of doubles

基本使用方法

// 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.

特殊矩阵生成

// 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)'

矩阵块操作

// 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)

矩阵元素交换以及转置等

// 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]) // 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)

矩阵四则运算

// 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;

单个元素操作

// 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)

矩阵缩减

// 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)

矩阵点乘、叉乘及归一化

// 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>

矩阵类型转换

//// 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 // Note that for most operations Eigen requires all operands to have the same type:
MatrixXf F = MatrixXf::Zero(3,3);
A += F; // illegal in Eigen. In Matlab A = A+F is allowed
A += F.cast<double>(); // F converted to double and then added (generally, conversion happens on-the-fly)

内存映射创建矩阵

// Eigen can map existing memory into Eigen matrices.
float array[3];
Vector3f::Map(array).fill(10); // create a temporary Map over array and sets entries to 10
int data[4] = {1, 2, 3, 4};
Matrix2i mat2x2(data); // copies data into mat2x2
Matrix2i::Map(data) = 2*mat2x2; // overwrite elements of data with 2*mat2x2
MatrixXi::Map(data, 2, 2) += mat2x2; // adds mat2x2 to elements of data (alternative syntax if size is not know at compile time)

解方程

// 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()

特征值

// 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<>

下面是我实际遇到的补充一下:

求广义逆矩阵

//Eigen中并没有求广义逆的函数,这里用SVD实现,数据类型大家可以看需修改为doubel
using Eigen::Dynamic;
using Eigen::Matrix;
using Eigen::RowMajor;
typedef Matrix<float, Dynamic, Dynamic, RowMajor> MatXf; MatXf pinv(MatXf x)
{
JacobiSVD<MatXf> svd(x,ComputeFullU | ComputeFullV);
float pinvtoler=1.e-8; //tolerance
MatXf singularValues_inv = svd.singularValues();
for ( long i=0; i<x.cols(); ++i) {
if ( singularValues_inv(i) > pinvtoler )
singularValues_inv(i)=1.0/singularValues_inv(i);
else singularValues_inv(i)=0;
}
return svd.matrixV()*singularValues_inv.asDiagonal()*svd.matrixU().transpose();
}

Eigen库矩阵运算使用方法的更多相关文章

  1. 关于Eigen库在Visual Studio2013中传参对齐报错问题

    Error as follow: 具体问题及解决办法描述如下: (引自http://www.fx114.net/qa-278-97757.aspx) /************************ ...

  2. NDK 开发实例二(添加 Eigen库)

    上一篇,我已经阐述了如何创建一个简单的NDK实例: NDK 开发实例一(Android.mk环境配置下) 在上一篇的基础上,我们来添加Eigen库,然后做一个简单实例. Eigen是一个高层次的C + ...

  3. Eigen库对齐问题:declspec(align('16')) 的形参将不被对齐

    一:错误提示:error C2719: '_Val': formal parameter with __declspec(align('16')) won't be aligned 英文提示:erro ...

  4. lib库dll库的使用方法与关系

    一.lib库 lib库有两种:一种是静态lib(static Lib),也就是最常见的lib库,在编译时直接将代码加入程序当中.静态lib中,一个lib文件实际上是任意个obj文件的集合,obj文件是 ...

  5. ACEXML解析XML文件——我是如何学习并在短时间内掌握一个库的使用方法的

    最近做的C++项目中需要使用xml文件保存一些信息,程序启动时会读取这些信息.最终经过主程的评测,决定使用ACEXML库来读取解析XML文件. 好吧,至于为什么选择ACEXML库,我就不说了.既然选择 ...

  6. (手写识别) Zinnia库及其实现方法研究

    Zinnia库及其实现方法研究 (转) zinnia是一个开源的手写识别库.采用C++实现.具有手写识别,学习以及文字模型数据制作转换等功能. 项目地址 [http://zinnia.sourcefo ...

  7. LIB库加载方法-引用百度百科

    LIB库加载方法,有三种,如下: 1.LIB文件直接加入到工程文件列表中 在VC中打开File View一页,选中工程名,单击鼠标右键,然后选中\"Add Files to Project\ ...

  8. BeautifulSoup库children(),descendants()方法的使用

    BeautifulSoup库children(),descendants()方法的使用 示例网站:http://www.pythonscraping.com/pages/page3.html 网站内容 ...

  9. Python库的安装方法

    Python库的安装方法 Python的解释器CPython是开源的,我们可以下载查看其源代码,同时,Python语言的各种库也都是开源的.利用Python语言编程,可用的库有很多,在Python官方 ...

随机推荐

  1. 小程序:怎么在两层列表循环(wx:for)的时候判断是否为最后一个元素

    问题说明: 如下图所示,在箭头所指的最后一个选项的底线与底部操作栏的上边线重叠,需要清除掉最后一个元素的底线: 想到的解决方案:  通过判断是否为最后一个元素,然后通过条件渲染(wx:if)动态添加对 ...

  2. HAOI2010 工厂选址

    题目链接:戳我 数组开小火葬场qwqwq 就是一个贪心吧.对于一个数,我们知道只有两种摆放方式.所以我们可以先都放到新的里面,然后做一下新的-原先的差,按照差从大到小排序,依次提取数值减去即可. 代码 ...

  3. Centos6.9下PXE安装centos 7

    一.简介 这篇文章是无kickstart下安装centos7的,本篇大部分内容同我另外一篇文章相似,只是Centos7 中的isolinux.cfg有一些不太一样需要说明一下. https://www ...

  4. C#中List调用库函数sort进行升序排序

    private void button1_Click(object sender, EventArgs e) { List<int> demo2 = new List<int> ...

  5. 用Visual Studio 2015 编译张帆的第一个NT式驱动,并且成功安装到Windows XP里面!!!

    开发工具:Visual Studio 2015 企业版 目 标 机:Windows XP X86 前提:我们已经成功安装了Visual Studio 2015以及WDK,而且更重要一点是一定要SDK版 ...

  6. ajax使用向Spring MVC发送JSON数据出现 org.springframework.web.HttpMediaTypeNotSupportedException: Content type 'application/x-www-form-urlencoded;charset=UTF-8' not supported错误

    ajax使用向Spring MVC发送JSON数据时,后端Controller在接受JSON数据时报org.springframework.web.HttpMediaTypeNotSupportedE ...

  7. 洛谷T46780 ZJL 的妹子序列(生成函数)

    题面 传送门 题解 这居然是一道语文题? 首先不难看出,因为每一次相邻元素交换最多减少一个逆序对,所以至少\(m\)次交换就代表这个序列的逆序对个数为\(m\) 我们考虑一下,假设现在已经放完了\(i ...

  8. React Native 一些事

    ReactJS 是否准备好 有时候我们常常需要监听 ReactJS 的的加载情况. 比如说,当获取一条推送,应用还没有起来,通过点击推送启动应用后,而推送中包含一些我们感兴趣的字段需要处理,我们如果直 ...

  9. 进阶篇:4.2.6)DFMEA故障库的建立与积累

    本章目的:DFMEA故障库的建立与积累. 1.故障库的认知 故障库是一种数据库,只是这个数据库中储存的是故障模式,也就是失效模式. 从前文DFMEA章节的学习中,我们可以知道,DFMEA对不同层级的失 ...

  10. C#集合之队列

    队列是其元素按照先进先出(FIFO)的方式来处理的集合. 队列使用System.Collections.Generic名称空间中的泛型类Queue<T>实现.在内部,Queue<T& ...