c++ 中的 np.gradient 替代方案

Posted 2023-02-23

【中文标题】c++ 中的 np.gradient 替代方案

【英文标题】：np.gradient alternative in c++

【发布时间】：2020-04-02 22:13:59

【问题描述】：

我需要编写一个 C++ 函数来计算数组的梯度，例如 numpy 中的 np.gradient 函数：

>>> f = np.array([1, 2, 4, 7, 11, 16], dtype=float)
>>> np.gradient(f)
array([1. , 1.5, 2.5, 3.5, 4.5, 5. ])

有人知道怎么实现吗？

【参考方案1】：

我自己实现了一个非常简单的功能，因为这个问题太简单了......

vector<double> gradient(vector<double> input)
    if (input.size() <= 1) return input;
    vector<double> res;
    for(int j=0; j<input.size(); j++) 
        int j_left = j - 1;
        int j_right = j + 1;
        if (j_left < 0) 
            j_left = 0; // use your own boundary handler
            j_right = 1;
        
        if (j_right >= input.size())
            j_right = input.size() - 1;
            j_left = j_right - 1;
        
        // gradient value at position j
        double dist_grad = (input[j_right] - input[j_left]) / 2.0;
        res.push_back(dist_grad);
    
    return res;

【参考方案2】：

根据https://docs.scipy.org/doc/numpy/reference/generated/numpy.gradient.html中的文档

f'[x] = (f[x+1] - f[x-1]) / 2.0*h + o(h^2)

这样您就可以遍历从1 到n-1 的元素并计算(f[i+1] - f[i-1]) / 2.0

对于边缘，我相信你必须这样做：

f'[0] = f[1] - f[0]
f'[n] = f[n] = f[n-1]