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GSL (GNU Scientific Library) のベクトル，行列に関する機能

GSL のベクトル，行列に関する機能について，一部分を紹介する．

前準備

GSL のインストール

Windows での GSL のインストール（ソースコードを使用）（MSYS2，configure，make を利用）: 別ページ »で説明

double の配列に関する最大値，最小値，整列（ソート）

【要点】

  1. MSYS2 MINGW64 を実行する

    スタートメニューで，「MSYS2」の下の「MSYS2 MINGW64」を選ぶ．

  2. プログラムの準備 
    #include<stdio.h>
#include<gsl/gsl_statistics.h>

#define LEN 6

int main(int argc, char** argv)
{
  double data[LEN] = {10.5, 18.2, 10.3, 15.4, 16.2, 18.3};

  double max = gsl_stats_max( data, 1, LEN );
  double min = gsl_stats_min( data, 1, LEN );
  double mean = gsl_stats_mean( data, 1, LEN );
  double sd = gsl_stats_sd( data, 1, LEN );

  printf( "max: \t%f \n", max );
  printf( "min: \t%f \n", min );
  printf( "mean: \t%f \n", mean);
  printf( "sd: \t%f \n", sd );

  return 0;
}
  3. ビルドして実行 
    gcc -I"C:\gsl\include" -c -o a.o a.c
gcc -L"C:\gsl\lib" -o a.exe a.o -lgsl -lgslcblas
./a.exe

機能まとめ

【関連する外部ページ】

乱数発生器

【要点】

下の3行は必須 

#include<gsl/gsl_rng.h>
#include<gsl/gsl_randist.h>
#include<gsl/gsl_statistics.h>
  1. MSYS2 MINGW64 を実行する

    スタートメニューで，「MSYS2」の下の「MSYS2 MINGW64」を選ぶ．

  2. プログラムの準備 
    #include<stdio.h>

// この3行は必須
#include<gsl/gsl_rng.h>
#include<gsl/gsl_randist.h>
#include<gsl/gsl_statistics.h>


#define LEN 100

int main(int argc, char** argv)
{
  double a[LEN];
  double b[LEN];

  gsl_rng_env_setup();
  gsl_rng_type *T = (gsl_rng_type *)gsl_rng_default;
  /* 乱数発生器 */
  gsl_rng *r = gsl_rng_alloc(T);
  /* システムクロックを使って乱数の初期値を設定 */
  gsl_rng_set (r, time (NULL));

  int i;
  for(i=0; i<LEN; i++) {
    a[i] =  gsl_rng_uniform(r); 
  }
  for(i=0; i<LEN; i++) {
    b[i] = gsl_ran_gaussian(r, 1.0);
  }

  for(i=0; i<LEN; i++) {
    printf( "%d, \t%7.5f, \t%7.5f \n",
        i, a[i], b[i] );
  }

  printf( "--, \t-------, \t%-------\n") ; 
  printf( "mean: \t%7.5f, \t%7.5f \n",
      gsl_stats_mean(a, 1, LEN), gsl_stats_mean(b, 1, LEN) ); 
  printf( "SD: \t%7.5f, \t%7.5f \n",
      gsl_stats_sd(a, 1, LEN), gsl_stats_sd(b, 1, LEN) );

  gsl_rng_free(r);
}
  3. ビルドして実行 
    gcc -I"C:\gsl\include" -c -o a.o a.c
gcc -L"C:\gsl\lib" -o a.exe a.o -lgsl -lgslcblas
./a.exe

要点まとめ

double 型の GSL ベクトル

【要点】

ベクトルは，同じデータ型のデータの並び． 変数 v に，double 型の要素 2, 3, 4, 1 のベクトル（要素がこの順で並ぶ）を格納したいときは， 次のように書く． 

gsl_vector *v = gsl_vector_alloc(4); // gsl_vector_alloc() は，double 型の要素を持つ GSL ベクトルの確保．中身は初期化されない．
gsl_vector_set(v, 0, 2.0);
gsl_vector_set(v, 1, 3.0);
gsl_vector_set(v, 2, 4.0);
gsl_vector_set(v, 3, 1.0);
gsl_vector_free(v); // 領域の解放

下の1行は必須 

#include<gsl/gsl_vector.h>

ベクトルの領域確保と解放 

gsl_vector_double *v = gsl_vector_alloc(4); // gsl_vector_alloc() は，double 型の要素を持つ GSL ベクトルの確保．中身は初期化されない．
gsl_vector_free(v); // 領域の解放

ベクトルの組み立て

ベクトルの値の取得

ベクトルに関する2項演算

集約演算

ファイル読み出し，書き込み

【関連する外部ページ】

GSL 行列

【要点】

変数 M に，要素 1, 2, 3, 4 が入った2行2列の行列，つまり， 1 3 2 4 を格納したいときは，次のように書く． 「gsl_matrix_alloc(2, 2)」の最初の 2 が行数．次の 2 が列数． 

gsl_matrix *M = gsl_matrix_alloc(2, 2); // gsl_matrix_alloc() は，double 型の要素の確保．中身は初期化されない．
gsl_matrix_set(M, 0, 0, 1.0);
gsl_matrix_set(M, 1, 0, 2.0);
gsl_matrix_set(M, 0, 1, 3.0);
gsl_matrix_set(M, 1, 1, 4.0);
gsl_matrix_free(M); // 領域の解放

または 

double d = { 1.0, 3.0,
             2.0, 4.0 };
gsl_matrix_view MV = gsl_matrix_view_array( a, 2, 2 );
gsl_matrix v = &MV.matrix

下の1行は必須 

#include<gsl/gsl_matrix.h>

ベクトルの領域確保と解放 

gsl_matrix *M = gsl_matrix_alloc(2, 2); // gsl_matrix_alloc() は，double 型の要素の確保．中身は初期化されない．
gsl_matrix_free(M); // 領域の解放

行列の組み立て

行列の値の取得，ベクトル像の取得

ベクトル像は，ベクトルと同様に扱うことができる．

ファイル読み出し，書き込み

【関連する外部ページ】

BLAS を呼び出す機能

BLAS(Basic Linear Algebra Subprograms)とは，行列演算，ベクトル演算の機能（下記）をもったプログラム群． GSL には，BLAS の機能を呼び出す機能があります．

【関連する外部ページ】:

固有値，固有ベクトル

【要点】

実数対称行列

実数非対称行列

【関連する外部ページ】