C++如何对读取的二维数组执行加减、求均值等数学运算？

1. 实现两帧逐元素相减 #

你使用的boost::multi_array支持直接通过索引访问行和元素，要实现第二帧减去第一帧，按以下步骤操作即可：

• 先分别读取你需要运算的两个帧数据
• 创建一个和单帧维度相同的新数组存储差值
• 逐行、逐元素做减法运算即可
  如果需要频繁做这类运算，可以封装通用的运算函数，下面是完整的可运行修改代码：

#include <boost/multi_array.hpp>
#include <boost/timer/timer.hpp>
#include <boost/range/irange.hpp>
#include <h5xx/h5xx.hpp>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iterator>
#include <string>
#include <cassert>

using array_2d_t = boost::multi_array<float, 2>;

template <typename T> 
void print_array(T const& array)
{
    for (auto const& row : array) { 
        for (auto v : row)
            printf("%10f ", v);
        printf("\n"); 
    }
    std::cout << "\n End of array" << std::endl;
}

// 两帧逐元素相减函数：返回a - b的结果
array_2d_t subtract_array(array_2d_t const& a, array_2d_t const& b) {
    // 校验两个数组维度一致
    assert(a.shape()[0] == b.shape()[0] && a.shape()[1] == b.shape()[1]);
    array_2d_t res(boost::extents[a.shape()[0]][a.shape()[1]]);
    for (size_t i = 0; i < a.shape()[0]; ++i) {
        for (size_t j = 0; j < a.shape()[1]; ++j) {
            res[i][j] = a[i][j] - b[i][j];
        }
    }
    return res;
}

// 行减法：将数组第target行减去第reference行，结果直接修改原数组
void subtract_row(array_2d_t& arr, size_t target_row_idx, size_t reference_row_idx) {
    assert(target_row_idx < arr.shape()[0] && reference_row_idx < arr.shape()[0]);
    for (size_t j = 0; j < arr.shape()[1]; ++j) {
        arr[target_row_idx][j] -= arr[reference_row_idx][j];
    }
}

array_2d_t read_frame(std::string const& filename, unsigned frame_no) {
    h5xx::file xaa(filename, h5xx::file::mode::in);
    h5xx::group   g(xaa, "particles/lipids/box/positions");
    h5xx::dataset ds(g, "value");
    auto ds_shape = h5xx::dataspace(ds).extents<3>();
    array_2d_t arr(boost::extents[ds_shape[1]][ds_shape[2]]);
    std::vector<hsize_t> offsets{frame_no, 0, 0};
    std::vector<hsize_t> counts{1, arr.shape()[0], arr.shape()[1]};
    h5xx::slice slice(offsets, counts);
    h5xx::read_dataset(ds, arr, slice);
    return arr;
}

int main(int argc, char const* argv[])
{
    if (argc < 2) {
        std::cout << "Usage: " << argv[0] << " input.h5" << std::endl;
        return -1;
    }
    std::string filename(argv[1]);
    // 读取第一帧和第二帧，注意帧序号从0开始的话，第一帧是0，第二帧是1，可根据实际情况调整序号
    array_2d_t frame1 = read_frame(filename, 0);
    array_2d_t frame2 = read_frame(filename, 1);
    
    // 实现第二帧减第一帧
    array_2d_t diff_frame = subtract_array(frame2, frame1);
    std::cout << "第二帧减第一帧的结果：" << std::endl;
    print_array(diff_frame);

    // 示例：把diff_frame的第3行（索引2）减去第1行（索引0）
    subtract_row(diff_frame, 2, 0);
    std::cout << "第3行减第1行后的结果：" << std::endl;
    print_array(diff_frame);

    return 0; 
}

2. 补充说明 #

• 如果你的数据量较大，不想额外拷贝数组存储结果，可以直接在原数组上做修改，不需要创建新的结果数组
• boost::multi_array的索引是从0开始计数的，你操作行或者帧的时候要注意序号对应，避免越界
• 求均值这类操作逻辑类似，遍历对应元素累加后除以元素个数即可，也可以直接封装成通用函数

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mahesh