最快的 R 相当于 MATLAB 的 reshape() 方法？

Question

我正在将一个 MATLAB 脚本转换成 R，到目前为止我很后悔，因为它现在比较慢。我正在尝试尽可能多地使用 "vectorized functions"，但我对 R 比较陌生，不知道这是什么意思。根据我的研究，如果您使用大量运算符（包括括号），for 循环仅比 R 中的 apply() 方法慢。否则，我看不出 R 可以做些什么来进一步减慢它的速度。这是我想加快速度的有效代码。

somPEs   <- 9;
inputPEs <- 6;
initial_w <- matrix(1, nrow=somPEs, ncol=inputPEs) 
w <- apply(initial_w, 1, function(i) runif(i));
# Reshape w to a 3D matrix of dimension: c(sqrt(somPEs), sqrt(somPEs), inputPEs)
nw <- array(0, dim=c(sqrt(somPEs), sqrt(somPEs), inputPEs))
for (i in 1:inputPEs) {
  nw[,,i] <- matrix(w[i,], nrow=sqrt(somPEs), ncol=sqrt(somPEs), byrow=TRUE)
}
w <- nw;

在 MATLAB 中，此代码由名为 "reshape" 的内置函数执行，如下所示：

w = reshape(w,[sqrt(somPEs) sqrt(somPEs) inputPEs]);

我为当前的 R 代码计时，它实际上非常快，但我仍然想了解矢量化以及如何将我的代码转换为 apply() 以提高可读性。

user  system elapsed 
0.003   0.000   0.002

Answer 1

第一步是将数组 w 从 6x9 大小转换为 3x3x6 大小，在您的情况下，这可以通过转置然后更改维度来完成：

neww <- t(w)
dim(neww) <- c(sqrt(somPEs), sqrt(somPEs), inputPEs)

这几乎就是我们想要的，除了前两个维度被翻转了。您可以使用 aperm 函数来转置它们：

neww <- aperm(neww, c(2, 1, 3))

这应该比遍历矩阵并逐行单独复制数据要快得多。为了看到这一点，让我们看一个更大的例子，它有 10,000 行和 100 列（它将映射到 10x10x10k 矩阵）：

josilber <- function(w) {
  neww <- t(w)
  dim(neww) <- c(sqrt(dim(w)[2]), sqrt(dim(w)[2]), dim(w)[1])
  aperm(neww, c(2, 1, 3))
}
OP <- function(w) {
  nw <- array(0, dim=c(sqrt(dim(w)[2]), sqrt(dim(w)[2]), dim(w)[1]))
  for (i in 1:(dim(w)[1])) {
    nw[,,i] <- matrix(w[i,], nrow=sqrt(dim(w)[2]), ncol=sqrt(dim(w)[2]), byrow=TRUE)
  }
  nw
}
bigw <- matrix(runif(1000000), nrow=10000, ncol=100)
all.equal(josilber(bigw), OP(bigw))
# [1] TRUE
microbenchmark(josilber(bigw), OP(bigw))
# Unit: milliseconds
#            expr       min       lq      mean     median        uq       max neval
#  josilber(bigw)  8.483245  9.08430  14.46876   9.431534  11.76744  135.7204   100
#        OP(bigw) 83.379053 97.07395 133.86606 117.223236 129.28317 1553.4381   100

使用 t、dim 和 aperm 的方法比循环方法快 10 倍以上。

Answer 2

我没有测试速度，但你可以试试

nw1 <- aperm(`dim<-`(t(w), list(3, 3, 6)), c(2, 1, 3))

> nw1
, , 1

          [,1]      [,2]      [,3]
[1,] 0.8257185 0.5475478 0.4157915
[2,] 0.8436991 0.3310513 0.1546463
[3,] 0.1794918 0.1836032 0.2675192

, , 2

          [,1]      [,2]      [,3]
[1,] 0.6914582 0.1674163 0.2921129
[2,] 0.2558240 0.4269716 0.7335542
[3,] 0.6416367 0.8771934 0.6553210

, , 3

          [,1]       [,2]      [,3]
[1,] 0.9761232 0.05223183 0.6651574
[2,] 0.5740032 0.80621864 0.2295017
[3,] 0.1138926 0.76009870 0.6932736

, , 4

            [,1]      [,2]      [,3]
[1,] 0.437871558 0.5172516 0.1145181
[2,] 0.006923583 0.3235762 0.3751655
[3,] 0.823235642 0.4586850 0.6013853

, , 5

          [,1]      [,2]      [,3]
[1,] 0.7425735 0.1665975 0.8659373
[2,] 0.1418979 0.1878132 0.2357267
[3,] 0.6963537 0.5391961 0.1112467

, , 6

          [,1]       [,2]       [,3]
[1,] 0.7246276 0.02896792 0.04692648
[2,] 0.7563403 0.22027518 0.41138672
[3,] 0.8303413 0.31908307 0.25180560

最快的 R 相当于 MATLAB 的 reshape() 方法？

Fastest R equivalent to MATLAB's reshape() method?

performance

matlab

r

vectorization

reshape