我可以阻止 Matlab 动态调整预分配数组的大小吗？

Question

例如，在这个简单/愚蠢的例子中：

n = 3;
x = zeros(n, 1);
for ix=1:4
    x(ix) = ix;
end

数组是预先分配的，但在循环中动态调整大小。 Matlab 中是否有一个设置会在发生这样的动态调整大小时引发错误？在这个例子中，我可以简单地重写它：

n = 3;
x = zeros(n, 1);
for ix=1:4
    if ix > n
        error('Size:Dynamic', 'Dynamic resizing will occur.')
    end
    x(ix) = ix;
end

但我希望以此作为检查，以确保我已正确预分配矩阵。

Answer 1

您可以创建double 的子类并限制subsasgn 方法中的赋值：

classdef dbl < double
    methods
        function obj = dbl(d)
            obj = obj@double(d);
        end

        function obj = subsasgn(obj,s,val)
            if strcmp(s.type, '()')
                mx = cellfun(@max, s.subs).*~strcmp(s.subs, ':');
                sz = size(obj);
                nx = numel(mx);
                if nx < numel(sz)
                    sz = [sz(1:nx-1) prod(sz(nx:end))];
                end
                assert(all( mx <= sz), ...
                    'Index exceeds matrix dimensions.');
            end
            obj = subsasgn@double(obj, s, val);
        end

    end
end

所以现在当你预分配使用dbl

>> z = dbl(zeros(3))
z = 
  dbl

  double data:
     0     0     0
     0     0     0
     0     0     0
  Methods, Superclasses

double 的所有方法现在都由dbl 继承，您可以照常使用它，直到您将某些内容分配给z

>> z(1:2,2:3) = 6
z = 
  dbl

  double data:
     0     6     6
     0     6     6
     0     0     0
  Methods, Superclasses

>> z(1:2,2:5) = 6
Error using dbl/subsasgn (line 9)
Index exceeds matrix dimensions.

我尚未对其进行基准测试，但我预计这对性能影响不大。

如果您希望显示的值看起来正常，您也可以重载 display 方法：

function display(obj)
    display(double(obj));
end

然后

>> z = dbl(zeros(3))
ans =
     0     0     0
     0     0     0
     0     0     0
>> z(1:2,2:3) = 6
ans =
     0     6     6
     0     6     6
     0     0     0
>> z(1:2,2:5) = 6
Error using dbl/subsasgn (line 9)
Index exceeds matrix dimensions.
>> class(z)
ans =
dbl

Answer 2

这不是一个完整的示例（请参阅代码后的免责声明！）但它显示了一个想法......

您可以（至少在调试代码时）使用以下类代替零来分配原始变量。

随后使用超出原始分配大小范围的数据将导致“索引超出矩阵维度”。错误。

例如：

>> n = 3;
>> x = zeros_debug(n, 1)

x = 

     0
     0
     0

>> x(2) = 32

x = 

     0
    32
     0

>> x(5) = 3
Error using zeros_debug/subsasgn (line 42)
Index exceeds matrix dimensions.

>> 

类代码：

classdef zeros_debug < handle    
    properties (Hidden)
       Data
    end

    methods       
      function obj = zeros_debug(M,N)
          if nargin < 2
              N = M;
          end
          obj.Data = zeros(M,N);
      end

        function sref = subsref(obj,s)
           switch s(1).type
              case '()'
                 if length(s)<2
                 % Note that obj.Data is passed to subsref
                    sref = builtin('subsref',obj.Data,s);
                    return
                 else
                    sref = builtin('subsref',obj,s);
                 end              
               otherwise,
                 error('zeros_debug:subsref',...
                   'Not a supported subscripted reference')
           end 
        end        
        function obj = subsasgn(obj,s,val)
           if isempty(s) && strcmp(class(val),'zeros_debug')
              obj = zeros_debug(val.Data);
           end
           switch s(1).type
               case '.'
                    obj = builtin('subsasgn',obj,s,val);
              case '()'
                    if strcmp(class(val),'double')                        
                        switch length(s(1).subs{1}) 
                            case 1,
                               if s(1).subs{1} > length(obj.Data)
                                   error('zeros_debug:subsasgn','Index exceeds matrix dimensions.');
                               end
                            case 2,                            
                               if s(1).subs{1} > size(obj.Data,1) || ...
                                       s(1).subs{2} > size(obj.Data,2) 
                                   error('zeros_debug:subsasgn','Index exceeds matrix dimensions.');
                               end                            
                        end
                        snew = substruct('.','Data','()',s(1).subs(:));
                             obj = subsasgn(obj,snew,val);
                    end
               otherwise,
                 error('zeros_debug:subsasgn',...
                    'Not a supported subscripted assignment')
           end     
        end        
        function disp( obj )
            disp(obj.Data);
        end        
    end   
end

会有相当大的性能影响（以及使用从句柄继承的类产生的问题），但这似乎是对原始问题的一个有趣的解决方案。

Answer 3

允许分配给数组边界之外的索引并用零填充空白确实是 Matlab 的丑陋部分之一。除了实现自己的存储类之外，我不知道没有明确检查以避免这种情况的任何简单技巧。我会坚持在你的循环中添加一个简单的 assert(i <= n) 并忘记它。我从来没有因为分配超出范围的东西而被难以找到的错误所困扰。

如果预分配被遗忘或太小，在“理想”情况下，由于二次行为，您的代码会变得非常缓慢，之后您会发现错误并修复它。但是现在，Matlab 的 JIT 有时足够聪明，不会导致任何减速（在某些情况下它可能会动态增长数组，例如 python 的列表），所以它甚至可能不再是一个问题。所以它实际上允许一些草率的编码......

Answer 4

我能想到的最简单、最直接和最可靠的方法就是在分配索引之前访问它。不幸的是，您不能为基本类型重载 subsasgn（在任何情况下正确执行都会令人头疼）。

for ix=1:4
    x(ix); x(ix) = ix;
end
% Error: 'Attempted to access x(4); index out of bounds because numel(x)=3.'

或者，您可以尝试变得聪明并使用end 关键字做一些事情......但无论您做什么，您最终都会收到某种无意义的错误消息（上面很好地提供了）。

for ix=1:4
    x(ix*(ix<=end)) = ix;
end
% Error: 'Attempted to access x(0); index must be a positive integer or logical.'

或者您可以在一个函数中进行检查，这会为您提供不错的错误消息，但仍然非常冗长和混淆：

for ix=1:4
    x(idxchk(ix,end)) = ix;
end
function idx = idxchk(idx,e)
    assert(idx <= e, 'Size:Dynamic', 'Dynamic resizing will occur.')
end