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| 文件名: 关于R语言中outer()函数的探究与思考.txt | |
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R语言中的outer()函数,名为内积函数,但是他执行的功能并不是解析几何中的内积。那该函数到底发挥什么功能呢?
我们将分三个部分来探究该函数,其一是outer()函数的传入参数,其二是outer()函数的运算步骤,其三是拓展举例。 1.outer()函数的传入参数 函数格式:outer(x,y,paste或"operator") 1)x和y x和y可以是向量(vextor)、矩阵(matrix)、数组(array)、数据框(frame)、列表(list) 注:a.此处向量均指列向量 b.常用类型为数值型、字符型、逻辑型。 c.相同类型的向量:v1<-c(1,2,3),v2<-c(4,5,6),则v1和v2为相同类型的向量。而v1<-c(1,2,3),v2<-c("A","B","C"),则v1和v2为不同类型的向量。 那么就存在数据结构: 相同类型的向量->矩阵 不同类型的向量->数据框 相同类型的矩阵->数组 不同类型的向量、矩阵、数据框、列表或者其中任意两个及以上的组合->列表 2)paste或"operator" (1)paste表示打印计算结果中元素的组成结构,如: > outer(1:2,3:5,paste) [,1][,2][,3] [1,] "1 3" "1 4" "1 5" [2,] "2 3" "2 4" "2 5" 我们先不考虑outer()函数是如何运算的。 (2)"operator"可以是运算符,包括"+"、"-"、"*"、"/"、"^"等等,需要用双引号引起来,如: > outer(1:2,3:5,"*") 也即使用paste打印出来的组成元素两两相乘: [,1][,2][,3] [1,] "1*3" "1*4" "1*5" [2,] "2*3" "2*4" "2*5" 那么: > d<-outer(1:2,3:5,"*") > d [,1] [,2] [,3] [1,] 3 4 5 [2,] 6 8 10 2.outer()函数的运算步骤 outer()函数源码中有一句代码为:as.vector(X) %*% t(as.vector(Y)) 就是说现将传入参数X和Y先转换成向量,其中Y转换成向量后还要对其进行转置。 注:a.此处向量均指列向量 b.矩阵转换成向量时,先按行遍历矩阵的第一列,然后按行遍历矩阵的第二列,以此类推直到遍历完矩阵的所有元素。(从上到下,从左到右) 如矩阵d: [,1] [,2] [,3] [1,] 3 4 5 [2,] 6 8 10 转换成向量为:(3,6,4,8,5,10)T(符号"T"表示转置) 那么outer(1:2,3:5,"*")就在执行: 第一步:生成x和y向量(x和y矩阵画的有点丑,还请多多海涵,谢谢!) _ _ _ _ x=| 1 | y= | 3 | |_ 2 _| | 4 | |_ 5 _| 第二步:将y转换成向量,y本身就是向量,因而转换后形式不变。 第三步:将y转置,此时 _ _ x=| 1 | yT=[3,4,5] |_ 2 _| 第四步:执行x %*% yT 运算(%*%运算与矩阵的乘法运算存在差异,一定不能搞混淆了) 先将x看成一个常数k,用k分别乘以yT中的每个元素,则得到向量[k*3,k*4,k*5] 将k打开,得到矩阵结构: _ _ |1*31*41*5 | |_ 2*32*42*5 _| 分别计算矩阵中每一个元素的乘积,得到: _ _ |34 5 | |_ 6810 _| 3.拓展举例 我们在R软件的控制台中执行如下代码。 > d<-outer(1:2,3:5,"*") > d [,1] [,2] [,3] [1,] 3 4 5 [2,] 6 8 10 将得到d矩阵,那么在R软件的控制台中继续执行 > dd<-outer(d,d,"*") > dd 将得到什么呢? 此时: _ _ d=|345 | |_ 68 10 _| 还是按上述步骤执行 第一步:输入两个d向量,则两个d向量分别为: _ _ _ _ d=|345 | d=|345 | 第一个矩阵记为d1,第二个矩阵记为d2 |_ 68 10 _| |_ 68 10 _| 第二和第三步:将第二个矩阵d转换成向量,并将其转置,得到 _ _ d=|345 | d'=[3,6,4,8,5,10] |_ 68 10 _| 位于原矩阵d的1行1列, 其中d'=[3,6,4,8,5,10],第一个元素3位于原矩阵(d2)的1行1列,记为(1,1);第而个元素6位于原矩阵的2行1列,记为(2,1);以此类推。 第四步:执行x %*% yT 运算 先将d1看成一个常数k,用k分别乘以第二个向量d'中的每个元素得到[k*3,k*6,k*4,k*8,k*5,k*10] 将k打开,得到矩阵结构: _ _ |_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ | | |345 |*3, |345 |*6,|345 |*4,|345 |*8,|345 |*5,|345 |*10| | |_ 68 10 _| |_ 68 10 _| |_ 68 10 _| |_ 68 10 _| |_ 68 10 _| |_ 68 10 _| | |_ _| 3在d2的1行1列 6在d2的2行1列 4在d2的1行2列 8在d2的2行2列 5在d2的1行3列 10在d2的2行3列 记为(1,1) 记为(2,1) 记为(1,2) 记为(2,2) 记为(1,3) 记为(2,3) 然后将各元素乘进去得到: _ _ |_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ | | | 3*34*35*3|,| 3*64*65*6|,| 3*44*45*4|,| 3*84*85*8 |,| 3*54*5 5*5|,| 3*104*105*10|| | |_6*3 8*3 10*3_| |_6*6 8*6 10*6_| |_6*4 8*4 10*4_| |_6*8 8*8 10*8_| |_ 6*5 8*5 10*5_| |_6*10 8*10 10*10_| | |_ _| 由于第一个矩阵d为二维矩阵,且运算时将其看成一个常数,因而其维数被R语言省略掉了,控制台并没有显示其维数,只用",,"来表示。R控制台中执行: > outer(d,d,paste) , , 1, 1对应第四步中的矩阵下标(1,1) [,1][,2][,3] [1,] "3 3" "4 3" "5 3" [2,] "6 3" "8 3" "10 3" , , 2, 1对应第四步中的矩阵下标(2,1) [,1][,2][,3] [1,] "3 6" "4 6" "5 6" [2,] "6 6" "8 6" "10 6" , , 1, 2对应第四步中的矩阵下标(1,2) [,1][,2][,3] [1,] "3 4" "4 4" "5 4" [2,] "6 4" "8 4" "10 4" , , 2, 2对应第四步中的矩阵下标(2,2) [,1][,2][,3] [1,] "3 8" "4 8" "5 8" [2,] "6 8" "8 8" "10 8" , , 1, 3对应第四步中的矩阵下标(1,3) [,1][,2][,3] [1,] "3 5" "4 5" "5 5" [2,] "6 5" "8 5" "10 5" , , 2, 3对应第四步中的矩阵下标(2,3) [,1] [,2] [,3] [1,] "3 10" "4 10" "5 10" [2,] "6 10" "8 10" "10 10" 因而R控制台中执行 > dd<-outer(d,d,"*") > dd , , 1, 1对应第四步中的矩阵下标(1,1) [,1] [,2] [,3] [1,] 9 12 15 [2,] 18 24 30 , , 2, 1对应第四步中的矩阵下标(2,1) [,1] [,2] [,3] [1,] 18 24 30 [2,] 36 48 60 , , 1, 2对应第四步中的矩阵下标(1,2) [,1] [,2] [,3] [1,] 12 16 20 [2,] 24 32 40 , , 2, 2对应第四步中的矩阵下标(2,2) [,1] [,2] [,3] [1,] 24 32 40 [2,] 48 64 80 , , 1, 3对应第四步中的矩阵下标(1,3) [,1] [,2] [,3] [1,] 15 20 25 [2,] 30 40 50 , , 2, 3对应第四步中的矩阵下标(2,3) [,1] [,2] [,3] [1,] 30 40 50 [2,] 60 80100 |
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