将函数应用于所有的Eigen矩阵元素

Question

我有一个 Eigen::MatrixXd，我想通过逐个元素地应用函数来修改它的所有元素。例如：

MatrixXd m = ...;

for each m[i][j]:
  m[i][j] = exp(m[i][j]);

有没有办法实现这个结果？

- Nick

Answer 1

可以使用Eigen::MatrixBase<>::unaryExpr()成员函数，例如：

#include <cmath>
#include <iostream>

#include <Eigen/Core>

double Exp(double x) // the functor we want to apply
{
    return std::exp(x);
}

int main()
{
    Eigen::MatrixXd m(2, 2);
    m << 0, 1, 2, 3;
    std::cout << m << std::endl << "becomes: ";
    std::cout << std::endl << m.unaryExpr(&Exp) << std::endl;
}

- vsoftco

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不行，因为std::exp有多个重载，而unaryExpr无法仅从std::exp中推断出函数对象的签名（即有多个候选项）。如果您“帮助”编译器指定函数对象类型，例如m.unaryExpr<double(*)(double)>(&std::exp)，则可以正常工作。 - vsoftco

根据API参考，必须使用std::ptr_func将函数指针转换为functor，在unaryExpr中作为参数传递。m.unaryExp(std::ptr_func(&Exp)); - Alex Moreno

@Alex 感谢您的评论。然而这不是必须的，API 说可以使用 std::ptr_fun ...，例如请参阅 https://eigen.tuxfamily.org/dox/classEigen_1_1MatrixBase.html#title108 在这种情况下，函数名称根据 C++ 的规则自动衰减为指针，并且函数指针的行为就像一个函数对象。此外，std::ptr_fun 在C++11中已经被弃用，请参阅 http://en.cppreference.com/w/cpp/utility/functional/ptr_fun。 - vsoftco

有人知道如何将从 m.unaryExpr(&Expr) 返回的矩阵分配给一个新对象吗？ - Shawn Brar

Answer 2

vsoftco的回答非常通用，并且对于自定义函数非常好。然而，对于许多常用函数来说，有一种更简单的方法。通过改编他的示例，我们可以使用array，它看起来像这样：

#include <iostream>
#include <Eigen/Core>

int main()
{
    Eigen::MatrixXd m(2, 2);
    m << 0, 1, 2, 3;
    std::cout << m << "\nbecomes:\n";
    std::cout << m.array().exp() << std::endl;
    return 0;
}

- Avi Ginsburg

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这也值得注意，因为这种方法似乎会产生更高效（即向量化）的机器代码 https://godbolt.org/z/YE_RJr - o.comp

对于未来想了解Eigen支持的其他按系数函数的用户，请参见此处：Eigen系数-wise数学函数目录。 - Matt

Answer 3

顺便说一下，在C++11及其以后的版本中，这也适用于lambda函数。

#include <cmath>
#include <iostream>

#include <Eigen/Core>

int main()
{
    Eigen::MatrixXd m(2, 2);
    m << 0, 1, 2, 3;
    std::cout << m << std::endl << " ->  " 
    std::cout << m.unaryExpr([](double x){return x + 1}) << std::endl;
}

- Skam

Answer 4

@vsoftco的答案帮助我解决了这个问题的99％，但是由于某种原因将&Exp传递给.unaryExpr()会导致编译错误（g ++，c + 11，Eigen 3.3.5出现与以下相关的错误：base type 'double (*) (double)'无法成为结构或类类型）。

然而，我发现创建一个std :: function对象并传递它可以解决这个问题。复制@vsoftco的示例：

#include <cmath>
#include <iostream>

#include <Eigen/Core>

double Exp(double x) 
{
    return std::exp(x);
}

int main()
{
    Eigen::MatrixXd m(2, 2);
    m << 0, 1, 2, 3;
    std::function<double(double)> exp_wrap = Exp; //added to @vsoftco's answer
    std::cout << m << std::endl << "becomes: ";
    std::cout << std::endl << m.unaryExpr(exp_wrap) << std::endl; //and used here
}

我不确定使用std::function对象（或std::ptr_fun）相对于传递&Exp会增加多少开销，但是如果没有这些替代方法，我无法使其正常工作。

谢谢

- KamKam