matlab类中的向量化

Posted 2023-03-06

【中文标题】matlab类中的向量化

【英文标题】：vectorization in matlab class

【发布时间】：2014-07-06 18:07:17

【问题描述】：

我在 MATLAB 中有一个表示虚数的类。我有一个构造函数和两个数据成员：real 和 imag。我在一个类中使用重载运算符，我想让它与矩阵一起使用：

function obj = plus(o1, o2)
   if (any(size(o1) ~= size(o2)))
      error('dimensions must match');
   end

   [n,m] = size(o1);
   obj(n,m) = mycomplex();
   for i=1:n
      for j=1:m
         obj(i,j).real = o1(i,j).real + o2(i,j).real;
         obj(i,j).imag = o1(i,j).imag + o2(i,j).imag;
      end
   end
end

但我不想使用 for 循环。我想做类似的事情：

[obj.real] = [o1.real] + [o2.real]

但我不明白为什么它不起作用......错误说：

“错误 + 输出参数过多”。

我知道在 MATLAB 中最好避免 for 循环以加快速度...有人可以解释一下为什么这不起作用，以及在 MATLAB 中考虑向量化的正确方法以及我的函数示例吗？

提前致谢。

---

编辑：我的复杂类的定义：

classdef mycomplex < handle & matlab.mixin.CustomDisplay
   properties (Access = public)
       real;
       imag;
   end

    methods (Access = public)
       function this = mycomplex(varargin)
           switch (nargin)
               case 0
                   this.real = 0;
                   this.imag = 0;
               case 1
                   this.real = varargin1;
                   this.imag = 0;
               case 2
                   this.real = varargin1;
                   this.imag = varargin2;
               otherwise
                   error('Can''t have more than two arguments');
           end
           obj = this;
       end
    end
end

【问题讨论】：

您是否有理由不使用对复数的内置支持？

不，这只是为了练习。

这与常规的 MATLAB 结构非常相似，所以这里有一些相关的问题：Matlab: Assigning same value to field in struct array, Updating one field in every element of a Matlab struct array

【参考方案1】：

考虑下面的实现。首先是一些注意事项：

可以不带参数调用构造函数。这对于允许preallocating object arrays: obj(m,n) = MyComplex()

很重要

为方便起见，构造函数接受数组参数的任一标量。所以我们可以拨打：c_scalar = MyComplex(1,1) 或c_array = MyComplex(rand(3,1), rand(3,1))

plus 运算符现在使用 for 循环（我们稍后会更改它）。

（请注意，我在代码中跳过了一些验证，例如检查 o1 和 o2 的大小是否相同，构造函数中的 a 和 b 也是如此）。

classdef MyComplex < handle
    properties
        real
        imag
    end

    methods
        function obj = MyComplex(a,b)
            % default values
            if nargin < 2, b = 0; end
            if nargin < 1, a = 0; end

            % accepts scalar/array inputs
            if isscalar(a) && isscalar(b)
                obj.real = a;
                obj.imag = b;
            else
                [m,n] = size(a);
                obj(m,n) = MyComplex(); 
                for i=1:m*n
                    obj(i).real = a(i);
                    obj(i).imag = b(i);
                end
            end
        end

        function obj = plus(o1, o2)
            [m,n] = size(o1);
            obj(m,n) = MyComplex();  % preallocate object array
            for i=1:m*n              % linear indexing
                obj(i).real = o1(i).real + o2(i).real;
                obj(i).imag = o1(i).imag + o2(i).imag;
            end
        end
    end
end

一个使用类的例子：

% scalar objects
>> c1 = MyComplex(1,2);
>> c2 = MyComplex(3,4); 
>> c3 = c1 + c2
c3 = 
  MyComplex with properties:

    real: 4
    imag: 6

% array of objects
>> c4 = [c1;c1] + [c2;c2]
c4 = 
  2x1 MyComplex array with properties:

    real
    imag

---

现在这里是plus 方法的矢量化版本：

function obj = plus(o1, o2)
    [m,n] = size(o1);
    obj(m,n) = MyComplex();

    x = num2cell([o1.real] + [o2.real]);
    [obj.real] = deal(x:);

    x = num2cell([o1.imag] + [o2.imag]);
    [obj.imag] = deal(x:);
end

我使用语法：[objarray.propName] 来引用对象数组中的属性，这会将值作为向量返回。

与在对象数组中分配属性相反，我使用comma-separated lists，因此我必须转换为元胞数组以获得x: 方便的语法。

请注意，deal 调用并不是严格需要的，我们可以在没有它的情况下编写赋值：

[obj.real] = x:;

【讨论】：

感谢 Amro！但为什么我应该使用你的构造函数而不是我的构造函数？另外，我不明白构造函数中的for循环，a是实部，b是虚部，即使它们是矩阵？？

另外，还有其他方法可以实现这种矢量化吗？

【参考方案2】：

obj(n,m) = mycomplex() 这行看起来很可疑。我想你想在那里做的是obj = mycomplex(n,m)。

我看不到您的其余代码，但对我来说，这行代码能正常工作真是太神奇了。我怀疑您已经在某处存储了一个obj 变量，而这段代码只是覆盖了该变量的一个条目。我预测如果你清除所有变量，那一行就会失败。

同样，如果不知道 mycomplex() 实际做了什么，就很难理解会发生什么。

【讨论】：

该行似乎设置了变量的类型，并预分配了它。所有内容都在循环内分配。

我发布了 mycomplex 的定义。该行只是预先分配了一个矩阵，该矩阵在矩阵的每个元素中都包含一个 mycomplex 对象。 @BenVoigt 是的，但我不想使用 for 循环...

@Phonon：这是预分配对象数组的一种方法，它完全有效：mathworks.com/help/matlab/matlab_oop/…