C++ source code to test C++ matrix library Eigen.

eigen_test.cpp

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  C++ 行列ライブラリ Eigen のテスト
  * 様々な定義、宣言、計算方法を試行
  * ベクトルの変数は英小文字、行列の変数は英大文字としている

    DATE        AUTHOR       VERSION
    2022.10.20  mk-mode.com  1.00 新規作成

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#include <cstdlib>   // for EXIT_XXXX
#include <iostream>
//#include <Eigen/Dense>      // 対応するヘッダを個別に include するのが面倒な場合
#include <Eigen/Core>         // 基本的な行列定義・行列演算
#include <Eigen/Eigenvalues>  // 固有値・固有ベクトル計算 etc. （外積）

int main(int argc, char* argv[]) {
  // 定義
  Eigen::Vector3d a;       // 3 次元ベクトル(double) a 用
  Eigen::VectorXd b(3);    // 3 次元ベクトル(double) b 用
  Eigen::Vector3d c;       // 3 次元ベクトル(double) c 用
  Eigen::Vector3d d;       // 3 次元ベクトル(double) d 用
  Eigen::Vector3d e;       // 3 次元ベクトル(double) e （単位ベクトル）用
  Eigen::Vector3d z;       // 3 次元ベクトル(double) z （全てゼロ）用
  Eigen::Matrix3d A;       // 3 x 3 行列(double) a 用
  Eigen::MatrixXd B(3, 3); // 3 x 3 行列(double) b 用
  Eigen::Matrix3d E;       // 3 x 3 行列(double) e （単位ベクトル）用
  Eigen::Matrix3d Z;       // 3 x 3 行列(double) z （全てゼロ）用

  try {
    // 初期化（英小文字の変数はベクトル、英大文字の変数は行列）
    a << 1.2, -2.3, 3.4;
    b(0) = -4.5;
    b(1) =  5.6;
    b(2) = -6.7;
    c << 8.0, 3.0, 4.0;
    d << 7.0, 5.0, 2.0;
    e = Eigen::Vector3d::Identity();
    z = Eigen::Vector3d::Zero();
    A << -1.2,  2.3, -3.4,
          4.5, -5.6,  6.7,
         -7.8,  8.9, -9.0;
    B(0, 0) =  9.0;
    B(0, 1) = -8.7;
    B(0, 2) =  7.6;
    B(1, 0) = -6.5;
    B(1, 1) =  5.4;
    B(1, 2) = -4.3;
    B(2, 0) =  3.2;
    B(2, 1) = -2.1;
    B(2, 2) =  1.0;
    E = Eigen::Matrix3d::Identity();
    Z = Eigen::Matrix3d::Zero();
    std::cout << "a =" << std::endl
              << a << std::endl;
    std::cout << "b =" << std::endl
              << b << std::endl;
    std::cout << "c =" << std::endl
              << c << std::endl;
    std::cout << "d =" << std::endl
              << d << std::endl;
    std::cout << "e =" << std::endl
              << e << std::endl;
    std::cout << "z =" << std::endl
              << z << std::endl;
    std::cout << "A =" << std::endl
              << A << std::endl;
    std::cout << "B =" << std::endl
              << B << std::endl;
    std::cout << "E =" << std::endl
              << E << std::endl;
    std::cout << "Z =" << std::endl
              << Z << std::endl;
    std::cout << "---" << std::endl;

    // 計算・出力 - ベクトル
    std::cout << "a^T  = " << a.transpose() << std::endl;    // 転置
    std::cout << "a    = " << std::endl
              << a.head(3) << std::endl;                     // 先頭から3要素
    std::cout << "     = " << std::endl
              << a.tail(3) << std::endl;                     // 末尾から3要素
    std::cout << "a(1) = " << a.segment(1, 1) << std::endl;  // 第2要素から1要素
    std::cout << "b(0) = " << b(0) << std::endl;             // 第1要素
    std::cout << "b(1) = " << b(1) << std::endl;             // 第2要素
    std::cout << "b(2) = " << b(2) << std::endl;             // 第3要素
    std::cout << "a.dot(b) =" << a.dot(b) << std::endl;      // 内積
    std::cout << "c.cross(d) =" << std::endl
              << c.cross(d) << std::endl;                    // 外積
    std::cout << "a.norm() = " << a.norm() << std::endl;     // ノルム
    std::cout << "sqrt(a) = " << std::endl
              << a.array().sqrt() << std::endl;              // √ベクトル
    std::cout << "sum(a) = " << std::endl
              << a.sum() << std::endl;                       // 総和
    std::cout << "mean(a) = " << std::endl
              << a.mean() << std::endl;                      // 平均値
    std::cout << "min(a) = " << std::endl
              << a.minCoeff() << std::endl;                  // 最小値
    std::cout << "max(a) = " << std::endl
              << a.maxCoeff() << std::endl;                  // 最大値
    std::cout << "a + b =" << std::endl
              << a + b << std::endl;                         // ベクトル + ベクトル
    std::cout << "a - b =" << std::endl
              << a - b << std::endl;                         // ベクトル - ベクトル
    std::cout << "a * 3 =" << std::endl
              << a * 3 << std::endl;                         // ベクトル * スカラ
    std::cout << "b / 2 =" << std::endl
              << b / 2 << std::endl;                         // ベクトル / スカラ
              // +, -, *, / は代入演算子 +=, -=, *=, /= も使用可
    std::cout << "---" << std::endl;

    // 計算・出力 - 行列
    std::cout << "A^T  = " << std::endl
              << A.transpose() << std::endl;        // 転置
    std::cout << "A(0, *) = " << std::endl
              << A.row(0) << std::endl;             // 1行目
    std::cout << "A(*, 1) = " << std::endl
              << A.col(1) << std::endl;             // 2列目
    std::cout << "A(0-1, *) = " << std::endl
              << A.topRows(2) << std::endl;         // 上から2行
    std::cout << "A(1-2, *) = " << std::endl
              << A.bottomRows(2) << std::endl;      // 下から2行
    std::cout << "A(*, 0-1) = " << std::endl
              << A.leftCols(2) << std::endl;        // 左から2列
    std::cout << "A(*, 1-2) = " << std::endl
              << A.rightCols(2) << std::endl;       // 右から2列
    std::cout << "A(1, *) = " << std::endl
              << A.middleRows(1, 1) << std::endl;   // 2行目から1行
    std::cout << "A(*, 1) = " << std::endl
              << A.middleCols(1, 1) << std::endl;   // 2列目から1列
    std::cout << "A(1, 1) = " << std::endl
              << A.block(2, 1, 1, 1) << std::endl;  // 3行目から1行、2列目から1列
    std::cout << "A.inverse = " << std::endl
              << A.inverse() << std::endl;          // 逆行列
    std::cout << "sqrt(A) = " << std::endl
              << A.array().sqrt() << std::endl;     // √行列
    std::cout << "sum(A) = " << std::endl
              << A.sum() << std::endl;              // 総和
    std::cout << "mean(A) = " << std::endl
              << A.mean() << std::endl;             // 平均値
    std::cout << "min(A) = " << std::endl
              << A.minCoeff() << std::endl;         // 最小値
    std::cout << "max(A) = " << std::endl
              << A.maxCoeff() << std::endl;         // 最大値
              // 行／列毎に総和、平均／最小／最大値を算出する場合は、
              // A.rowwise()..., A.colwise()... とする
    std::cout << "A + B =" << std::endl
              << A + B << std::endl;                // 行列 + 行列
    std::cout << "A - B =" << std::endl
              << A - B << std::endl;                // 行列 - 行列
    std::cout << "A * B =" << std::endl
              << A * B << std::endl;                // 行列 * 行列
    std::cout << "A * 3 =" << std::endl
              << A * 3 << std::endl;                // 行列 * スカラ
    std::cout << "B / 2 =" << std::endl
              << B / 2 << std::endl;                // 行列 / スカラ
              // +, -, *, / は代入演算子 +=, -=, *=, /= も使用可
    std::cout << "det(A) = " << A.determinant() << std::endl;  // 行列式

    // 計算・出力 - ベクトルと行列
    std::cout << "A * b =" << std::endl
              << A * b << std::endl;                // 行列 * ベクトル
    std::cout << "a^T * B =" << std::endl
              << a.transpose() * B << std::endl;    // ベクトル転置 * 行列 => ベクトル転置
    std::cout << "a * b^T =" << std::endl
              << a * b.transpose() << std::endl;    // ベクトル * ベクトル転置 => 行列
    std::cout << "A(*, 0) * B(1, *) =" << std::endl
              << A.col(0) * B.row(1) << std::endl;  // 行列1列目 * 行列2行目 => 行列
  } catch (...) {
      std::cerr << "EXCEPTION!" << std::endl;
      return EXIT_FAILURE;
  }

  return EXIT_SUCCESS;
}