3. Преобразование разреженных матрицв

П реобразование разреженных матриц

Теперь рассмотрим функции преобразования разреженных матриц. Они представлены ниже:

• k = f ind(X) — возвращает индексы вектора х для его ненулевых элементов. Если таких элементов нет, то find возвращает пустой вектор. find(X>100) возвращает индексы элементов вектора с Х>100;

• [1,j] = find(X) — возвращает индексы строки и столбца для ненулевого элемента матрицы X;

• [1 . j . v] = find(X) — возвращает вектор столбец v ненулевых элементов матрицы X и индексы строки i и столбца j. Вместо X можно вставить (X, операция отношения, параметр), и тогда индексы и вектор-столбец будут отражать элементы матрицы, удовлетворяющие данному отношение. Единственное исключение — f ind(x ~= 0). Индексы те же, что и при исполнении find(X), но вектор v содержит только единицы.

Пример:

» q=sprand(3.4.0.6)

q =

(1.1) 0.7266

(1.2) 0.4120

(3.2) 0.2679

(3.3) 0.4399

(2.4) 0.7446

(3.4) 0.9334

i=

1 

1 

3 

3

2

3

j =

1

2

2

3

4

4

• full(S) — преобразует разреженную матрицу S в полную; если исходная матрица S была полной, то full (S) возвращает S. Пусть X — матрица размера mxn с nz=nnz(X) ненулевыми элементами. Тогда full(X) требует такой объем памяти, чтобы хранить mxn действительных чисел, в то время как sparse(X) требует пространство для хранения лишь nz действительных чисел и (nxz+n) целых чисел — индексов. Большинству компьютеров для хранения действительного числа требуется вдвое больше пространства, чем для целого. Для таких компьютеров sparse(X) требует меньше пространства, чем full(X), если плотность nnz/prod(s1ze(X))<2/3. Выполнение операций над разреженными матрицами, однако, требует больше затрат времени, чем над полными, поэтому для эффективной работы с разреженными матрицами плотность расположения ненулевых элементов должна быть много меньше 2/3.

Примеры:

» q=sprand(3,4,0.6)

q=

(1.1) 0.0129

(1.2) 0.3840 

(2.2) 0.6831 

(3,3) 0.0928 

» d=full(q)

 d =

0.0129     0.3840     0     0 

0              0.6831     0     0 

0               0     0.0928    0

• S=sparse(A) — преобразует полную матрицу в разреженную, удаляя нулевые элементы. Если матрица S уже разреженная, то sparse(S) возвращает S. Функция sparse — это встроенная функция, которая формирует матрицы в соответствии с правилами записи разреженных матриц, принятыми в системе MATLAB;

• S=sparse(i,j,s,m,n,nzmax) — использует векторы 1, j и s для того, чтобы генерировать разреженную матрицу размера mxn с ненулевыми элементами, количество которых не превышает nzmax. Векторы 1 и j задают позиции элементов и являются целочисленными, а вектор s определяет числовое значение элемента матрицы, которое может быть действительным или комплексным. Все элементы вектора s, равные нулю, игнорируются вместе с соответствующими значениями i и j. Векторы i, j и s должны быть одной и той же длины;

• S = sparsed' . j.s.m.n) — использует nzmax=length(s).

• S = sparsed , j .s) — использует m=maxd) и n=max(j). Максимумы вычисляются раньше, чем нулевые строки столбца S будут удалены;

• S = sparse(m.n) равносильно sparse ([ ].[ ].[ ]. m.n, 0). Эта команда генерирует предельную разреженную матрицу, где mxn элементов нулевые.

Все встроенные в MATLAB арифметические, логические и индексные операции могут быть применены и к -разреженным, и к полным матрицам. Операции над разреженными матрицами возвращают разреженные матрицы, а операции над полными матрицами возвращают полные матрицы. В большинстве случаев операции над смешанными матрицами возвращают полные матрицы. Исключение составляют случаи, когда результат смешанной операции явно сохраняет разреженный тип. Так бывает при поэлементном умножении массивов А.*S, где S — разреженный массив.

Пример:

» i=[2,4,3];j=[1,3,8];s=[4,5+5i,9];

t = sparse(i,j,s,5,8)

t =

(2.1) 4.0000

(4.3) 5.0000+5.0000i

(3.8) 9.0000

Функция spconvert используется для создания разреженных матриц из простых разреженных форматов, легко производимых вне средств MATLAB:

• S = spconvert(D) — преобразует матрицу D со строками, содержащими [i.j.r] или [i,j,r.s], где i — индекс ряда, j — индекс строки, г — численное значение, в соответствующую разреженную матрицу. Матрица D может иметь nnz или nnz+1 строк и три или четыре столбца. Три элемента в строке генерируют действительную матрицу, четыре элемента в строке генерируют комплексную матрицу (s преобразуется во мнимую часть значения элемента). Последняя строка массива D типа [m n 0] или [m n 0 0] может быть использована для определения size(S). Команда spconvert может быть использована только после того, как матрица D загружена или из МАТ-файла, или из ASCII-файла при помощи команд load, uiload и т. д.:

»load mydata.dat

»А = spconvert (rnydata);