Matlab：将 ID 与数据集（例如结构）相关联？

Question

我正在为 Matlab 中的高阶有限元仿真算法开发某个功能，我想知道实现某项任务的好方法是什么。我相信我面临着一个有点普遍的问题，但在做了一些挖掘之后，我并没有真正找到一个好的解决方案。

基本上，我有一长串 ID（对应于我的网格上的某些节点），其中每个 ID 都与小数据集相关联。然后当我运行我的求解器时，我需要访问与这些节点关联的数据并更新数据（多次）。

因此，例如，假设这是我的这些特定节点的列表：

nodelist = [3 27 38] %(so these are my node ID's)

然后对于每个节点，我有以下关联的数据集

a (scalar)
b (5x5 double matrix)
c (10x1 double vector)

(a total of 36 double values associated with each node ID)

实际上，我当然会有一个长得多的节点 ID 列表和一个更大的与每个节点关联的数据集（但仍然只有双标量、矩阵和向量（没有字符、字符串等）） .

方法一

所以我想出的一种方法就是将所有内容都存储在二维双矩阵中，然后在需要时进行一些相对复杂的索引以访问我的数据。对于上面的示例，我的二维矩阵的大小为

size(2Dmat) = [length(nodelist), 36]

假设我想访问节点 ID 27 的 b(3,3)，我将访问 2Dmat(2,14)。

原则上，这是可行的，但由于这种复杂的索引，代码不是很干净和可读（更不用说，当我更改数据集设置方式时，我需要重新调整整个索引代码）。

方法二

另一种方法是对节点列表中的每个节点使用某种结构：

a = 4.4;
b = rand(5,5);
c = rand(10,1);
s = struct('a',a,'b',b,'c',c)

然后我可以通过 s.b(3,3) 等访问数据。但我只是不知道如何将结构与节点 ID 相关联？

方法 3

我能想到的最后一件事是建立某种 SQL 数据库，但这似乎有点矫枉过正。此外，我需要我的代码尽可能快，因为我需要多次访问与这些选定节点关联的数据集中的这些字段，而且我想对数据库进行一些查询会减慢速度。

请注意，最终我会将代码从 Matlab 转换为 C/C++，因此我更愿意实现一些不严重依赖某些 Matlab 特定功能的东西。

那么，关于如何以干净的方式实现此功能有什么想法吗？我希望我的问题有道理并提前致谢！

Answer 1

方法 2 是最干净的，并且很容易转换为 C++。对于每个节点，您都有一个结构 s，然后：

data(nodeID) = s;

就是所谓的结构数组。你索引为

data(id).b(3,3) = 0.0;

这假设 ID 是连续的，或者它们的值没有很大的差距。但这始终可以确保，如果需要，很容易重新编号节点 ID。

在 C++ 中，你有一个结构向量：

struct Bla{
   double a;
   double b[3][3];
   double c[10];
};

std::vector<Bla> data(N);

或者在 C:

Bla* data = malloc(sizeof(Bla)*N);

（完成后不要忘记 free(data)）。

然后，在 C 或 C++ 中，您可以这样访问元素：

data[id].b[2][2] = 0.0;

除了索引在 C++ 中从 0 开始，在 MATLAB 中从 1 开始之外，翻译很明显。

请注意，此方法在 MATLAB 中比方法 1 具有更大的内存开销，但在 C 或 C++ 中则不然。

方法 3 是个坏主意，它只会减慢您的代码速度而没有任何好处。

Answer 2

我认为最干净的解决方案，给定一组不连续的节点 ID，方法 2 使用 map container where your node ID is the key (i.e. index) into the map. This can be implemented in MATLAB using a containers.Map object, and in C++ using the std::map 容器。例如，以下是在 MATLAB 中创建节点映射并将值添加到节点映射的方法：

>> nodeMap = containers.Map('KeyType', 'double', 'ValueType', 'any');
>> nodelist = [3 27 38];
>> nodeMap(nodelist(1)) = struct('a', 4.4, 'b', rand(5, 5), 'c', rand(10, 1));
>> nodeMap(3)

ans = 

  struct with fields:

    a: 4.400000000000000
    b: [5×5 double]
    c: [10×1 double]

>> nodeMap(3).b(3,3)

ans =

   0.646313010111265

在 C++ 中，您需要为要存储在地图中的数据类型定义结构或 class（例如 Node）。这是一个示例（... 表示传递给 Node 构造函数的参数）：

#include <map>

class Node {...};   // Define Node class
typedef std::map<int, Node> NodeMap;  // Using int for key type

int main()
{
  NodeMap map1;

  map1[3] = Node(...);  // Initialize and assign Node object
  map1.emplace(27, std::forward_as_tuple<...>);  // Create Node object in-place
}

Matlab：将 ID 与数据集（例如结构）相关联？

Matlab: associating an ID with a dataset (e.g. struct)?

matlab

data-structures

struct

finite-element-analysis