简化for循环（matlab）

Question

我正在开发一个程序，以计算飞机在目标区域上空飞行时可以看到的内容。当它越过该区域时，它可以跟随许多轨道之一，正常区域大小约为 100。我创建了一个大循环来查看飞机是否可以看到该区域的某些部分，但它的运行效率非常低。我已将该区域定义为网格 1001x1001

xgrid 定义 x 值的 1001x1 变量。

thelines 是一个 2 x 1001 x 轨道的变量，其中第一行是顶行对应 x 值处的 y 值。第二行是底线的 y 值。

这两行之间是可见区域。如果可以看到，则将 seenarea(1001x1001) 上的点标记为 1。如果不是，则将其标记为 0。

for M=1:tracks
    for f=1:1001
        for i=1:1001
            if xgrid(f,1)>thelines(i,1,M) && xgrid(f,1)<thelines(i,2,M);
                seenarea(f,i,M)=1; % This indicated the area has been seen
            else
                seenarea(f,i,M)=0; % This is not seen
            end
        end
    end
    fullbestinfo(1,M)={seenarea(:,:,M)}; % This stores the seen area in another cell
    if max(seenarea(:,:,M)) < 1 % No area seen, stop
        seenarea(:,:,M)=[];
        break
    end
end

我已经使用 matlab 分析器在我的程序的瓶颈处确定了这一点。任何帮助将非常感激。 谢谢，丰富

Answer 1

我不能确切地告诉你你想要做什么，但我建议作为第一步用逻辑索引替换内部循环。

seenarea = false(1001, 1001, tracks); #% preallocate matrix to 'false'
xgrid = repmat(1:1001, 1001, 1); #%same size as the first 2D of seenarea

for M=1:tracks
    border1 = thelines(:,ones(1,1001),M); #% same size as xgrid
    border2 = thelines(:,ones(1,1001)*2,M); #% same size as xgrid
    idx = xgrid > border1 & xgrid < border2; #% idx is a "logical index" 
             #%           ^--- single ampersand
    seenarea(idx,M)=true; 
end

使用逻辑索引，您可以用一个操作替换嵌套循环的数百万次迭代。

这里还有一个提示：使用逻辑矩阵而不是双精度矩阵来存储真/假值。

>>m1 = zeros(1001,1001,100);
>> m2 = false(1001,1001,100);
>> whos m1
  Name         Size                      Bytes  Class     Attributes

  m1        1001x1001x100            801600800  double              

>> whos m2
  Name         Size                      Bytes  Class      Attributes

  m2        1001x1001x100            100200100  logical 

如您所见，逻辑矩阵的内存使用量降低了 8 倍。

速度测试：我很好奇这会有多大的不同。下面是一个快速测试（好吧，只对其中一种实现快速）。对内部循环进行矢量化后，我的机器上的速度大约提高了 75 倍，将 10 个轨道的时间从 7+ 秒减少到大约 0.1 秒。

tic;
for rep=1:100
    for M=1:tracks
        for f=1:1001
            for i=1:1001
                if xgrid(f,1)>thelines(i,1,M) && xgrid(f,1)<thelines(i,2,M);
                    seenarea(f,i,M)=1; 
                else
                    seenarea(f,i,M)=0; 
                end
            end
        end
    end
end
disp(toc/100)
    7.3459

tic;
for rep=1:100
    for M=1:tracks
        border1 = thelines(:,ones(1,1001),M); 
        border2 = thelines(:,ones(1,1001)*2,M); 
        idx = xgrid > border1 & xgrid < border2;                     
        seenarea(idx,M)=true; 
    end
end
disp(toc/100)
    0.0964

>> 7.3459/.0964    
ans =    
   76.2023