行列演算ライブラリEigenの換算(Reduction)関連(平均,最大値,最小値，各行・列への演算)の関数サンプルプログラム

ReductionSample.cpp

/*

FileName: ReductionSample.cpp

Discription:行列演算ライブラリEigenの換算関数のサンプル 

Author: Atsushi Sakai

Update: 2013/03/23

*/

#include <iostream>
#include <Eigen/Dense>
#include <Eigen/Geometry> //EigenのGeometry関連の関数を使う場合，これが必要

//データ表示用マクロ
#define PRINT_MAT(X) cout << #X << ":\n" << X << endl << endl

using namespace std;
using namespace Eigen;

void Sample1(){
  cout<<"====1. 合計====="<<endl;
  MatrixXf a(2,2);
  a<<1,2,3,4;
  PRINT_MAT(a);

  //行列の各要素の合計
  PRINT_MAT(a.sum());
  
  VectorXf b(2);
  b<<1.1,2.2;
  PRINT_MAT(b);

  //ベクトルの合計
  PRINT_MAT(b.sum());

}

void Sample2(){
  cout<<"====2. 積算====="<<endl;
  MatrixXf a(2,2);
  a<<1,2,3,4;
  PRINT_MAT(a);

  //行列の各要素の積算
  PRINT_MAT(a.prod());
  
  VectorXf b(2);
  b<<1.1,2.2;
  PRINT_MAT(b);

  //ベクトルの合計
  PRINT_MAT(b.prod());

}


void Sample3(){
  cout<<"====3. 平均====="<<endl;
  MatrixXf a(2,2);
  a<<1,2,3,4;
  PRINT_MAT(a);

  //行列の各要素の平均
  PRINT_MAT(a.mean());
  
  VectorXf b(2);
  b<<1.1,2.2;
  PRINT_MAT(b);

  //ベクトルの各要素の平均
  PRINT_MAT(b.mean());

}

void Sample4(){
  cout<<"====4. 最大最小要素====="<<endl;
  MatrixXf a(2,2);
  a<<1,2,3,4;
  PRINT_MAT(a);

  //行列の要素の最大値と最小値
  PRINT_MAT(a.maxCoeff());
  PRINT_MAT(a.minCoeff());

  //最大値最小値の要素のインデックスを知りたい場合
  MatrixXf::Index row,col;
  PRINT_MAT(a.maxCoeff(&row,&col));
  PRINT_MAT(row);
  PRINT_MAT(col);
  
  PRINT_MAT(a.minCoeff(&row,&col));
  PRINT_MAT(row);
  PRINT_MAT(col);
  
  VectorXf b(2);
  b<<1.1,2.2;
  PRINT_MAT(b);

  //ベクトルの合計
  PRINT_MAT(b.maxCoeff());
  PRINT_MAT(b.minCoeff());

}

void Sample5(){
  cout<<"====5. 行列の対角和(トレース)====="<<endl;
  MatrixXf a(2,2);
  a<<1,2,3,4;
  PRINT_MAT(a);

  //行列のトレース
  PRINT_MAT(a.trace());

  //対角和なので，この演算と一緒
  PRINT_MAT(a.diagonal().sum());

}

void Sample6(){
  cout<<"====6. ノルム計算===="<<endl;
  MatrixXf a(2,2);
  a<<1,2,3,4;
  PRINT_MAT(a);

  //それぞれの要素の二乗の和
  PRINT_MAT(a.squaredNorm());

  //ユークリッドノルム(先ほどの二乗和のルート)
  PRINT_MAT(a.norm());

  //一次ノルム(数値を変えることで任意の次数のノルムが計算できる)
  PRINT_MAT(a.lpNorm<1>());

  //無限大ノルム
  PRINT_MAT(a.lpNorm<Infinity>());

}

void Sample7(){
  cout<<"====7. 判定===="<<endl;
  //判定関数はArrayのみで使える(MatrixやVectorでは使えない)
  ArrayXXf a(2,2);
  a<<1,2,3,4;
  PRINT_MAT(a);

  //各要素が2以上であるか(1:True,0:False)
  PRINT_MAT((a>2));

  //すべての要素が2以上であるか
  PRINT_MAT((a>2).all());

  //一つでも2以上の要素があるか？
  PRINT_MAT((a>2).any());

  //2以上の要素がいくつあるか？
  PRINT_MAT((a>2).count());

}

void Sample8(){
  cout<<"====8. 各行・列に対する換算===="<<endl;
  MatrixXf a(2,4);
  a<<1,2,3,4,
     5,6,7,8;
  PRINT_MAT(a);

  //各行・列の最大値
  PRINT_MAT(a.rowwise().maxCoeff());
  PRINT_MAT(a.colwise().maxCoeff());

  //各列の最大値の和
  PRINT_MAT(a.colwise().maxCoeff().sum());

  //各列に対する足し算引き算
  VectorXf v(2);
  v<<1,2;
  PRINT_MAT(v);

  //それぞれの列に1と2を足す
  PRINT_MAT((a.colwise()+v));

}

int main()
{
  cout<<"Eigen Reduction Sample Code"<<endl;

  Sample1();
  Sample2();
  Sample3();
  Sample4();
  Sample5();
  Sample6();
  Sample7();
  Sample8();
  
}