java中的高效矩阵运算包Ejml的使用

左手的ㄟ右手 2022-05-27 09:16 221阅读 0赞

本文作者：合肥工业大学 管理学院 钱洋 email：1563178220@qq.com 内容可能有不到之处，欢迎交流。  
**未经本人允许禁止转载**。

# 简介 #

在编写算法时，经常会遇到矩阵的运算，在java中，我之前介绍了，如何使用math3来做矩阵的相关运算。该博客的地址为：  
[https://blog.csdn.net/qy20115549/article/details/54604264][https_blog.csdn.net_qy20115549_article_details_54604264]

之前，我主要是使用math3来做多元正太分布后验采样的计算。最近，再看一个他人写的源码时，使用了Ejml这款矩阵运算工具来做多元正太分布后验才能的计算，所以特意学习一下，写成博客，以供他人借鉴参考。

# Ejml #

Ejml全称为Efficient Java Matrix Library，一款高效的矩阵运算java库。  
由于在写算法时，经常遇到矩阵的运算，如数组转化为矩阵，矩阵的逆，矩阵的转置，矩阵的乘法，矩阵转为数组等等。下面写了一个小程序演示一下，相关操作。具体请看注释。

package util;
    
    import org.ejml.data.DenseMatrix64F;
    import org.ejml.ops.CommonOps;
    
    /* * author:合肥工业大学 管院学院 钱洋 *1563178220@qq.com *博客地址:http://blog.csdn.net/qy20115549/ */
    public class Test {
        public static int D = 3;
        public static void main(String[] args) {
            DenseMatrix64F L = new DenseMatrix64F(3,3); //初始化一个矩阵，并进行下面的赋值
            L.set(0,0,4.0);
            L.set(0,1,13.0);
            L.set(0,2,-16.0);
            L.set(1,0,12.0);
            L.set(1,1,37.0);
            L.set(1,2,-43.0);
            L.set(2,0,-16.0);
            L.set(2,1,-43.0);
            L.set(2,2,98.0);
            System.out.println("data为:");
            System.out.println(L);
    
            DenseMatrix64F[] dataVectors = new DenseMatrix64F[D];  //切分矩阵
            CommonOps.rowsToVector(L, dataVectors);
            DenseMatrix64F mu_0  = getSampleMean(dataVectors);  //获取均值
            System.out.println("数据的均值为:"+mu_0);
    
            DenseMatrix64F sigma_0 = CommonOps.identity(D); //设置单位阵
            System.out.println("单位阵为:"+sigma_0);
    
            CommonOps.scale(3*D, sigma_0); //扩大矩阵
            System.out.println("扩大后的矩阵为sigma_0:"+sigma_0);
            for (int i = 0; i < dataVectors.length; i++) {
                System.out.println("====================");
                System.out.println(dataVectors[i]);
            }
    
            DenseMatrix64F CholSigma0 = new DenseMatrix64F(D,D);
            CommonOps.addEquals(CholSigma0, sigma_0); //复制矩阵
            System.out.println("复制后的矩阵为CholSigma0:"+CholSigma0);
            System.out.println();
    
            DenseMatrix64F mult_element = new DenseMatrix64F(D,D); //矩阵对应元素相乘
            CommonOps.elementMult(L, L, mult_element); 
            System.out.println("两个矩阵对应元素相乘的结果为:"+mult_element);
    
            DenseMatrix64F mult = new DenseMatrix64F(D,D);  //矩阵乘法
            CommonOps.mult(L, sigma_0, mult);
            System.out.println("两个矩阵相乘的结果为:"+mult);
    
            DenseMatrix64F add = new DenseMatrix64F(D,D);  //矩阵对应元素相加
            CommonOps.add(L, L, add);
            System.out.println("两个矩阵相加的值为:"+add);
    
            DenseMatrix64F sub = new DenseMatrix64F(D,D);  //矩阵减法
            CommonOps.sub(L, sigma_0, sub);;
            System.out.println("两个矩阵相减的值为:"+sub);
    
    
            DenseMatrix64F trans = new DenseMatrix64F(D,D);  //矩阵转置
            CommonOps.transpose(L, trans);
            System.out.println("转置后的矩阵为:"+trans);
    
            DenseMatrix64F elementdiv = new DenseMatrix64F(D,D);  //矩阵对应元素相除
            CommonOps.elementDiv(sigma_0, L, elementdiv);
            System.out.println("矩阵对应元素相除的结果为:"+elementdiv);
    
            DenseMatrix64F inverse= new DenseMatrix64F(D,D);  ////矩阵的逆
            CommonOps.invert(L, inverse);
            System.out.println("矩阵的逆为:"+inverse);
        }
        /** * mean of the data * @param data * @return */
        public static DenseMatrix64F getSampleMean(DenseMatrix64F[] data)
        {
            DenseMatrix64F mean = new DenseMatrix64F(D, 1);//initialized to 0
            for(DenseMatrix64F vec:data)        
                CommonOps.addEquals(mean, vec);  //获取每一行数据的均值
    
            CommonOps.divide(data.length, mean);
    
            return mean;
        }
    }

# 程序结果 #

![这里写图片描述][SouthEast]  
  
  
![这里写图片描述][SouthEast 1]  
  
  
![这里写图片描述][SouthEast 2]

[https_blog.csdn.net_qy20115549_article_details_54604264]: https://blog.csdn.net/qy20115549/article/details/54604264
[SouthEast]: /images/20220527/bbbbc2fdf0cb42cc903708cb6e012d1d.png
[SouthEast 1]: /images/20220527/a196d87e94674f9aac41cd97561776bf.png
[SouthEast 2]: /images/20220527/4ba1d7af7b1541f58287b18dcef6665e.png