如何以编程方式将循环转换为单个表达式？

Question

我一直在读一本关于线性代数数学和编程微积分的书，有一点让我印象深刻的是代码的冗长。首先，我知道那是什么，性能比使用 for 循环要好得多，但是，这使得代码非常难以阅读。

有没有办法使用 for 循环来创建冗长的函数，那样代码更易于维护？

这是我所谈论的一个非常简单的例子：

public int Sum(int[] a, int[] b, int size)
{
   var sum = 0;

   for(var index = 0; index < size; index++)
   {
      sum += a[index] + b[index];
   }

   return sum;
}

现在假设 size 是 3。是否可以从方法 Sum 中生成一个表达式，如下所示：

public int Sum3(int[] a, int[] b)
{
   return a[0] + b [0] + a[1] + b[1] + a[2] + b[2];
}

所以，实际上，方法Sum并不是执行求和，而是用来创建一个可以求和的delegate。它最终看起来像 Func<int[], int[], int> Sum3.

目标是使用这种方法进行点积、行列式和矩阵乘法等运算。

更新:

我不想在一行代码中求和两个数组。那只是一个例子。我希望能够在不实际循环的情况下进行任何向量或矩阵运算。

Answer 1

也许这种方式适合你：

int[] arr1 = { 1, 2, 3, 4, 5 };
int[] arr2 = { 1, 2, 3, 4, 5 };

int index = 3;
var overallSum = arr1.Take(index).Sum() + arr2.Take(index).Sum();

Answer 2

如果您真的不想在最终运行时对数据进行迭代，我认为在编译期间不可能完成此操作，除非您始终知道数组的确切长度（或者您使 Int32.MaxValue 覆盖您的 sum）。您必须在运行时使用 C# 代码编写一些脚本，然后执行它。

Answer 3

（这只是部分答案；它不涉及读取 Sum 方法的 IL。）

一旦你解析了原始函数（Sum 在这种情况下），你可以构造相应的 Sum3 函数如下：

// using static System.Linq.Expressions.Expression;

var a = Parameter(typeof(int[]));
var b = Parameter(typeof(int[]));
var expr1 = Lambda(
    Add(
        Add(
            Add(
                Add(
                    Add(
                        ArrayIndex(a, Constant(0)),
                        ArrayIndex(b, Constant(0))
                    ),
                    ArrayIndex(a,Constant(1))
                ),
                ArrayIndex(b, Constant(1))
            ),
            ArrayIndex(a, Constant(2))
        ),
        ArrayIndex(b, Constant(2))
    ),
    a,
    b
);
var fn = expr1.Compile();
fn.DynamicInvoke(new[] { 1, 2, 3 }, new[] { 4, 5, 6 });

当然，您可能希望根据 IL 中的内容自定义逻辑。

另请注意，这可能会降低性能，因为编译表达式树所需的时间通常至少比简单循环大一个数量级。除非您可以为 size 的各种值缓存已编译的委托，并且使用次数证明了这一点。

注意此代码的大部分来自我编写的 ExpressionTreeToString library，它可以生成创建给定表达式树所需的工厂方法调用。

// using ExpressionTreeToString;

Expression<Func<int[], int[], int>> expr = (a, b) => a[0] + b[0] + a[1] + b[1] + a[2] + b[2];
Console.WriteLine(expr.ToString("Factory methods"));

如何以编程方式将循环转换为单个表达式？

How to programmatically convert a loop to a single expression?

c#

linear-algebra