eigen库的矩阵操作(Eigen/Dense类)

// 来自高翔SLAM十四讲
#include<iostream>
#include<ctime>
#include<eigen3/Eigen/Core>
// 稠密矩阵的代数运算(逆、特征值等)
#include<eigen3/Eigen/Dense>

using namespace std;

#define MATRIX_SIZE 5

int main(){
	// eigen以矩阵为基本数据元素。它是一个模板类。它的前三个参数为:数据类型,行,列
	// 声明一个2*3的float矩阵
	Eigen::Matrix<float,2,3> matrix23;
	// 同时,eigen通过typedef提供了许多内置类型,不过底层仍旧是eigen::Matrix
	// 例如:Vector3d实质上是Eigen::Matrix<double,3,1>
	Eigen::Vector3d v_3d;
	// Matrix3d实质上是Eigen::Matrix<double,3,3>
	Eigen::Matrix3d matrix33 = Eigen::Matrix3d::Zero();	// 初始化为0
	// 如果大小不确定的矩阵,可以使用动态大小的矩阵
	Eigen::Matrix<double, Eigen::Dynamic, -1> matrix_dynamic;
	// 更简单的
	Eigen::MatrixXd matrix_x;
	// 还有很多类似的类型,自己看吧

	// 下面是对矩阵的操作
	// 输入数据
	matrix23 << 1,2,3,4,5,6;	// 重载了 <<
	// 输出
	cout<<matrix23<<endl;

	// 用()访问矩阵中的元素
	for(int i=0; i<1; i++){
		for(int j=0; j<2; j++){
			cout<<matrix23(i,j)<<endl;
		}
	}

	v_3d << 3,2,1;
	// 矩阵与向量相乘(实际上仍然是矩阵和矩阵)
	// 不同类型的矩阵不能相乘
	// Eigen::Matrix<double, 2, 1> result = matrix23 * v_3d;

	// 应该显式转换
	Eigen::Matrix<double, 2, 1> result = matrix23.cast<double>() * v_3d;
	cout<< result <<endl;

	// 生成随机的矩阵
	matrix33 = Eigen::Matrix3d::Random();
	cout<< matrix33 <<endl;

	// 转置
	cout<< matrix33.transpose() <<endl;
	// 各个元素的和
	cout<< matrix33.sum() <<endl;
	// 迹
	cout<< matrix33.trace() <<endl;
	// 数乘
	cout<< 10*matrix33 <<endl;
	// 逆
	cout<< matrix33.inverse() <<endl;
	// 行列式
	cout<< matrix33.determinant() <<endl;

	// 特征值
	// 是对称矩阵可以保证对角化成功
	Eigen::SelfAdjointEigenSolver<Eigen::Matrix3d> eigen_solver(matrix33.transpose() * matrix33);
	cout<<" eigen value = "<<eigen_solver.eigenvalues() <<endl;	// 特征值
	cout<<"eigen vector = "<<eigen_solver.eigenvectors() <<endl;	// 特征向量

	// 解方程
	// 我们求解matrix_NN * x = v_Nd 这个方程
	// 直接求逆当然是最简单的,但是直接求逆的计算量特别大
	Eigen::Matrix<double, MATRIX_SIZE, MATRIX_SIZE>matrix_NN;
	matrix_NN = Eigen::MatrixXd::Random(MATRIX_SIZE,MATRIX_SIZE);
	Eigen::Matrix<double, MATRIX_SIZE, 1> v_Nd;
	v_Nd = Eigen::MatrixXd::Random(MATRIX_SIZE, 1);

	// 计时
	clock_t time_stt = clock();
	// 直接求逆
	Eigen::Matrix<double, MATRIX_SIZE, 1> x = matrix_NN.reverse() * v_Nd;
	cout<<" time use in normal inverse is "<< 1000 * (clock() - time_stt)/(double)CLOCKS_PER_SEC << "ms"<<endl;

	// 通常用矩阵分解来求,例如QR分解,速度会快很多,然而这边显示时间却慢很多
	time_stt = clock();
	x  = matrix_NN.colPivHouseholderQr().solve(v_Nd);
	cout<<"time use in Qr composition is "<<1000 * (clock() - time_stt)/(double)CLOCKS_PER_SEC<<"ms"<<endl;

	cout<<endl;
	return 0;
}

 

### 关于 Eigen/Dense 的使用 Eigen 是一个高效的 C++ 模板,用于线性代数运算。`Eigen/Dense` 头文件提供了处理稠密矩阵和向量的功能[^1]。以下是有关 `Eigen/Dense` 的具体说明: #### 使用方法 为了在项目中使用 `Eigen/Dense` 功能,需确保已经正确配置了 Eigen 。如果尚未完成配置,请按照以下方式操作[^3][^4]: 1. **下载并解压 Eigen **: 下载官方发布的最新版本 (如 https://gitlab.com/libeigen/eigen/-/archive/3.4.0/eigen-3.4.0.zip),将其解压到指定位置。 2. **设置包含目录**: - 在 Visual Studio 中,右键点击项目 -> 属性 -> VC++ 目录 -> 包含目录。 - 将解压后的 Eigen 文件夹路径添加进去。 3. **重命名文件夹(可选)**: 如果遇到编译错误提示找不到头文件,则可能是由于文件夹名中的特殊字符引起。可以将原始文件夹名改为更简单的名称(例如从 `eigen-3.4.0` 改为 `eigen3`),然后再重新配置路径。 4. **验证配置成功与否**: 创建一个新的测试程序来确认是否能够正常调用 `Eigen/Dense`: ```cpp #include <iostream> #include <Eigen/Dense> int main() { Eigen::MatrixXd m(2, 2); m << 1, 2, 3, 4; std::cout << "Here is the matrix m:\n" << m << std::endl; Eigen::VectorXd v(2); v << 5, 6; std::cout << "Here is the vector v:\n" << v << std::endl; Eigen::VectorXd result = m * v; std::cout << "Result of multiplication:\n" << result << std::endl; return 0; } ``` 上述代码展示了如何定义一个二维矩阵以及一维向量,并执行基本乘法计算[^2]。 #### 常见问题排查 即使完成了以上步骤,有时仍可能出现诸如“无法找到源文件”的警告消息。此时应检查以下几个方面: - 是否选择了正确的构建模式(Debug 或 Release); - 确认当前解决方案平台与实际硬件架构匹配; - 若依旧存在问题,尝试切换至全局级别应用更改——即选择菜单栏里的 “所有配置” 和 “所有平台”,再次更新包含项列表后再保存退出对话框界面。 ###
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