Matlab结构体数组：快速赋值

Question

有没有办法“向量”赋值结构体数组？

目前我可以：

edges(1000000) = struct('weight',1.0); //This really does not assign the value, I checked on 2009A.
for i=1:1000000; edges(i).weight=1.0; end; 

但是那样很慢，我想做一些更像

edges(:).weight=[rand(1000000,1)]; //with or without the square brackets. 

有什么想法/建议可以将这个赋值向量化，以使其更快。

提前致谢。

- sumodds

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这篇帖子可能会有所帮助：https://dev59.com/V2855IYBdhLWcg3wvnKE#4169216 - Amro

Answer 1

这比deal或循环快得多（至少在我的系统上）：

N=10000;
edge(N) = struct('weight',1.0); % initialize the array
values = rand(1,N);  % set the values as a vector

W = mat2cell(values, 1,ones(1,N)); % convert values to a cell
[edge(:).weight] = W{:};

在右侧使用花括号会给出W中所有值的逗号分隔列表（即N个输出），而在右侧使用方括号则将这些N个输出分配给edge(:).weight中的N个值。

- Alistair

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不错！在语法和实用性上都很优雅！如果Matlab语法允许将数组扩展为参数序列，比如'{values}{:}'这样的东西，那就太好了。我试着写一个函数来接受一个单元值列表，但显然它不喜欢以与deal()完全相同的方式分配给varargout哈哈。 - eacousineau

糟糕，我发现我使用了mat2cell()而不是num2cell()。这是函数：cellexpand()。 - eacousineau

你也可以使用匿名句柄：cellexpand = @(x) x {:}; numexpand = @(x) cellexpand(num2cell(x));。例如：[a, b] = numexpand([1, 2]);。更具体的例子：[edge.weight] = numexpand([edge.weight] + 50);。 - eacousineau

Answer 2

您可以尝试使用Matlab函数deal，但我发现需要稍微调整输入（使用这个问题：在Matlab中，对于多个输入函数，如何将单个输入用作多个输入？），也许有更简单的方法。

n=100000;
edges(n)=struct('weight',1.0);
m=mat2cell(rand(n,1),ones(n,1),1);
[edges(:).weight]=deal(m{:});

另外，我发现这种方式在我的电脑上并不像for循环那样快（deal需要约0.35秒，而循环只需要约0.05秒），这可能是因为调用了mat2cell函数。如果你使用这种方式多于一次，则速度差异会减小，但循环仍然更快。

- Aabaz

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这是我的时间记录。在Octave上，对于这种方法100K需要0.17秒，而100万需要1.57秒；如果我使用for循环，就算只是处理100K数据也需要230秒的时间。在MATLAB 2009B（不同的机器/操作系统）：使用上述方法需要5秒/49秒，而使用for循环则需要0.22秒/2.2秒的时间。 - sumodds

Answer 3

您可以简单地写成以下内容：

您可以简单地编写：

edges = struct('weight', num2cell(rand(1000000,1)));

- Amro

Answer 4

您是否有特别需要以这种方式使用结构体的原因？

考虑用一个单独的数组来替换您的结构体数组，每个数组对应结构体中的一个成员。

weights = rand(1, 1000);

如果你有一个结构体成员是数组，你可以添加一个额外的维度：

matrices = rand(3, 3, 1000);

如果您只是想保持事情的整洁，您可以将这些数组放入一个结构体中：

edges.weights = weights;
edges.matrices = matrices;

但是如果您需要保留一个结构体数组，我认为您可以这样做：

[edges.weight] = rand(1, 1000);

- Brian L

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两者的功能是相同的，但我认为我需要它成为结构体数组（即数组对象），而不是数组结构体（大数组的单个大结构体）。在MATLAB中两者之间有什么区别，是否存在？指内存分配方面是否有所不同，如果是，则其含义是什么？ - sumodds

不同之处在于，在Matlab中，结构体数组（“结构体组织”）非常低效，因为每个结构体将其各个字段存储在单独的数组中，因此无法对它们进行向量化操作。像Brian的那样的数组结构（“平面组织”）将其各个字段存储在原始数组中，这些数组在内存中是连续的，并且可以使用向量化（快速）的Matlab函数进行操作。这是Matlab更好的结构，也更符合惯用法。 - Andrew Janke

Answer 5

你的示例中结构体未能正确初始化的原因是，你使用的语法仅针对结构体数组中的最后一个元素。对于不存在的数组，其余部分将被隐式填充为所有字段都具有默认值[]的结构体。

为了清楚地说明这种行为，请尝试使用clear edges; edges(1:3) = struct('weight',1.0)创建一个短数组，并查看每个edges(1)、edges(2)和edges(3)。 edges(3)元素的权重为1.0，就像你想要的一样；其他元素的权重为[]。

有效初始化结构体数组的语法之一如下。

% Using repmat and full assignment
edges = repmat(struct('weight', 1.0), [1 1000]);

% Using indexing
% NOTE: Only correct if variable is uninitialized!!!
edges(1:1000) = struct('weight', 1.0);  % QUESTIONABLE

注意，在访问未初始化的边缘数组时，使用1:1000而不是只有1000。

edges(1:1000)形式存在问题：如果edges已经被初始化，此语法将仅更新所选元素的值。如果edges具有超过1000个元素，其他元素将保持不变，您的代码将出现错误。或者，如果edges是不同类型的，则根据其现有数据类型可能会收到错误或奇怪的行为。为了安全起见，在使用索引语法初始化之前，需要执行clear edges。因此，最好使用repmat表单进行全面分配。

BUT：无论如何初始化，类似这样的结构体数组在处理更大的数据集时始终会本质上变慢。您无法对其进行真正的“向量化”操作，因为每个结构体元素内部的原始数组都被拆分成单独的mxArrays。这包括您提问中的字段分配-无法向量化。相反，您应该像Brian L的答案建议的那样切换到数组结构。

- Andrew Janke

Answer 6

您可以使用反向结构，然后执行所有操作而不会出现任何错误，就像这样

x.E(1)=1;
x.E(2)=3;
x.E(2)=8;
x.E(3)=5;

然后进行如下操作

x.E

ans =

    3     8     5

或者像这样

x.E(1:2)=2

x = 

    E: [2 2 5]

或者是这个

x.E(1:3)=[2,3,4]*5

x = 

    E: [10 15 20]

它比for循环快得多，而且您不需要其他大型函数来减慢程序。

- Mosa Hasan