避免在 R 中使用多个 for 循环来计算矩阵

Question

所以在生成一些假数据来回答地图问题的过程中，我发现自己写了以下内容：

# Generate some fake data
lat <- seq(-90, 90, by = 5)
lon <- seq(-180, 180, by = 10)
phi <- matrix(0, nrow = length(lat), ncol = length(lon))
i <- 1
for (l1 in lat) {
    j <- 1
    for (l2 in lon) {
        phi[i, j] <- (sin(pi * l1 / 180) * cos(pi * l2 / 180))^2
        j <- j+1
    }
    i <- i+1
}
phi <- 1500*phi + 4500  # scale it properly

现在显然这两个中央 for 循环并不像我想要的那样 R'ish。看起来我应该能够得到一个 mapply 或其他东西来完成这项工作，但遗憾的是 returns 一个列表，并没有真正做我想要的。另一个申请似乎也没有做正确的事情。

我在这里错过了什么？

Answer 1

你可以使用outer

   x = outer(lat, lon, FUN = function(x,y) {(sin(pi * x/180) * cos(pi * y /180))^2})
    identical(x * 1500 + 4500, phi)
# [1] TRUE

NBATrends 的答案似乎比其他解决方案更快。这里有一些基准

library(microbenchmark) 
microbenchmark(within(df, {
  phi <- (sin(pi * lat / 180) * cos(pi * lon / 180))^2
  phi <- 1500*phi + 4500
}), 1500 * tcrossprod(sin(pi * lat / 180), cos(pi * lon / 180))^2 + 4500, outer(lat, lon, FUN = function(x,y) {(sin(pi * x/180) * cos(pi * y /180))^2}),
((as.matrix(l1)%*%t(as.matrix(l2)))^2) * 1500 + 4500)
Unit: microseconds
                                                                                              expr     min       lq      mean   median       uq     max neval
 within(df, {     phi <- (sin(pi * lat/180) * cos(pi * lon/180))^2     phi <- 1500 * phi + 4500 }) 255.670 262.0095 270.50948 266.6880 277.7060 385.467   100
                                  1500 * tcrossprod(sin(pi * lat/180), cos(pi * lon/180))^2 + 4500  11.471  12.3770  22.30177  12.9805  13.5850 868.130   100
               outer(lat, lon, FUN = function(x, y) {     (sin(pi * x/180) * cos(pi * y/180))^2 }) 137.645 139.7590 144.39520 141.5700 145.1925 179.905   100
                                            ((as.matrix(l1) %*% t(as.matrix(l2)))^2) * 1500 + 4500  16.301  17.6595  20.20390  19.6215  20.5270  80.294   100

Answer 2

为什么要附加到矩阵结构并在可以向量化时使用应用？

df <- expand.grid(lat = seq(-90, 90, by = 5),
                 lon = seq(-180, 180, by = 10))
df <- within(df, {
  phi <- (sin(pi * lat / 180) * cos(pi * lon / 180))^2
  phi <- 1500*phi + 4500
  })

您始终可以使用指令 here 转换回来。

Answer 3

你应该尝试使用矩阵代数。无需使用 apply 系列的任何功能：

lat <- seq(-90, 90, by = 5)
lon <- seq(-180, 180, by = 10)
1500 * tcrossprod(sin(pi * lat / 180), cos(pi * lon / 180))^2 + 4500

Answer 4

线性代数对于您的应用程序来说可能更简单，因为您只是将两个向量逐元素相乘，这可以通过 v * u^T 来完成。在R中，矩阵乘法是%*%。

lat <- seq(-90, 90, by = 5)
lon <- seq(-180, 180, by = 10)

l1 <- sin(pi * lat / 180) 
l2 <- s(pi * lon/ 180)

# compute the matrix
phi <- as.matrix(l1)%*%t(as.matrix(l2))
# square each element of the matrix
phi <- phi^2
# scale properly
# square each element of the matrix
phi <- 1500*phi + 4500

Answer 5

使用sapply()，但我更喜欢outer()解决方案：

#using sapply
phi_1 <- 
  t(
    sapply(lat, function(l1)
      sapply(lon, function(l2)(sin(pi * l1 / 180) * cos(pi * l2 / 180))^2))
  ) * 1500 + 4500

#compare result
identical(phi_1, phi)
# [1] TRUE

避免在 R 中使用多个 for 循环来计算矩阵

Avoiding multiple for-loops in R to calculate a matrix

for-loop

r

matrix

mapply