将值返回到数组时出错

Question

我尝试创建一个简单的优化脚本。这是我的代码：

# Analysis gives the initial inputs and outputs
$initialinputs  
$initialoutputs 

# The objective function
$F = ([math]::pow($initialinputs, 2)) * 2 - 3* $initialinputs
# Differentiation of the objective function
$DF = 2 * $initialinputs - 3
$ScaleFactor = 0.2

# If the optimum solution has been obtained, two termination measurements:
# maximum iteration and termination criterion(gradient)
$Maxloop = 100
$Termi = 0.001

# Create arrays
$InputsArr = @() #The array of inputs
$FunctionArr = @() #The array of function values
$DFunctionArr = @() # The array of differentiation values (Gradient)

# Calculations
#$InputsArr[0] = $initialinputs  #The first input
#$FunctionArr[0] = $F[$InputsArr[0]]
#$DFunctionArr[0] = $DF[$inputsArr[0]]

for ($Innerloop = 1; $Innerloop -le $Maxloop; $Innerloop++)
{
     # Calculate the second input
     $InputsArr[$innerloop] = $InputsArr[$Innerloop - 1] - $ScaleFactor * (2 * $InputsArr[$Innerloop - 1] - 3)

     $initialinputs = $InputsArr[$Innerloop]

     # Calculate the function value
     $FunctionArr[$innerloop] = ([math]::pow($initialinputs, 2)) * 2 - 3 * $initialinputs
     Return, $FunctionArr

     # Calculate the gradient value
     $DFunctionArr[$innerloop] = 2 * $initialinputs - 3
     return, $DFunctionArr

     # If the gradient value less than the termination criterion (gradient),
     # break the loop
     if ($DFunctionArr[$innerloop] -le $Termi)
     {
         break
     }
}

我创建了空数组，然后使用for 循环进行优化并将输出存储在数组中。但是我得到了一些错误，如下所示：

错误：+ $InputsArr[$Innerloop] = $initialinputs
错误：+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
错误：+ CategoryInfo：OperationStopped: (:) [], IndexOutOfRangeException
错误：+ FullyQualifiedErrorId：System.IndexOutOfRangeException

错误：+ $FunctionArr[$innerloop] = $Functionoutput
错误：+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
错误：+ CategoryInfo：OperationStopped: (:) [], IndexOutOfRangeException
错误：+ FullyQualifiedErrorId：System.IndexOutOfRangeException

我不太确定如何修复这些错误。如何将值返回到数组？ += 是唯一的方法吗？我现在对数组感到困惑。

Answer 1

当您像这样初始化一个数组时：$InputsArr = @()，powershell 会创建一个长度为 0 的数组。因此，当您尝试使用 $InputsArr[$innerloop] 对该数组进行寻址时，它会抛出一个错误，即元素 $innerloop 不存在。

两种解决方案。您可以显式初始化特定类型和长度的数组：

$InputsArr = New-Object double[] $MaxLoop

或者，您可以在代码中使用 += 运算符向数组添加新值：

$InputsArr += $InputsArr[$Innerloop - 1] - $ScaleFactor * (2 * $InputsArr[$Innerloop - 1] - 3) #Calculate the second input

+= 创建一个长度为 n+1 的新数组，复制旧数组，然后添加新值，因此对于大型数组来说效率非常低。见here。

Answer 2

@() 定义的 PowerShell 数组是动态调整大小的。除非它们实际上包含元素，否则您不能对其中的内容进行索引访问。这就是为什么在 for 循环中使用 $array[$index] 时会出现“索引越界”异常的原因。该数组还没有 $index 字段。

基本上有两种填充PowerShell数组的方法：

• 在循环中追加到现有数组：

  $array = @()
  for (...) {
    $array += $foo
  }
  

• 回显循环内的元素并将循环输出分配给一个变量：

  $array = for (...) {
    $foo
  }
  

对于较大数量的数组元素，应避免使用前者，因为每个追加操作 (+=) 都会创建一个大小增加的新数组，复制元素，然后将新数组分配给变量。后一种方法在性能方面要优越得多。后一种方法的唯一缺点是结果不会是数组，除非循环产生至少两个元素。您可以通过强制执行数组输出来缓解这种情况：@(for (...) {...})。

PowerShell 还允许您创建固定大小的数组：

$size  = 100
$array = New-Object Object[] $size

但是，这样做通常没有任何好处。

还要注意，循环中的第一条指令假定数组已经包含一个初始值：

$InputsArr[$innerloop] = $InputsArr[$Innerloop - 1] - $ScaleFactor * (2 * $InputsArr[$Innerloop - 1] - 3) #Calculate the second input

因此您需要在开始循环之前用一个元素预填充数组：

$InputsArr = @($initialValue)

话虽如此，还有更多 PoSh 方法可以用值填充数组，例如像这样：

$i = $initialValue
$array = @($i)
$array += 1..$Maxloop | ForEach-Object {
  $i -= $ScaleFactor * (2 * $i - 3)
  $i
}

如果你想在同一个循环中填充多个数组（因为由于某种原因你不能为每个数组使用一个循环）追加可能是你最好的选择。像这样：

$InputsArr    = @($initialinputs)
$FunctionArr  = @($initialinputs)
$DFunctionArr = @($initialinputs)
for ($i = 1; $i -le $Maxloop -and $DFunctionsArr[-1] -le $Termi; $i++) {
    $InputsArr    += $InputsArr[-1] - $ScaleFactor * (2 * $InputsArr[-1] - 3)
    $FunctionArr  += ([Math]::Pow($InputsArr[-1], 2)) * 2 - 3 * $InputsArr[-1]
    $DFunctionArr += 2 * $InputsArr[-1] - 3
}

或者像这样，如果你以后不需要$InputsArr：

$FunctionArr  = @($initialinputs)
$DFunctionArr = @($initialinputs)
$v = $initialinputs
for ($i = 1; $i -le $Maxloop -and $DFunctionsArr[-1] -le $Termi; $i++) {
    $v -= $ScaleFactor * (2 * $v - 3)

    $FunctionArr  += [Math]::Pow($v, 2) * 2 - 3 * $v
    $DFunctionArr += 2 * $v - 3
}