R函数式编程:使用apply家族计算高斯过程的核矩阵

我的最小工作示例

这是一个我的最小工作示例(注意我已经简化了数学运算)。假设我有一个包含两个变量的函数,其中xy是相同维度的两个向量。

kernel_func <- function(x, y){    return(sum((x - y)^2))}

我还有两个矩阵,行的数量不同,但列的数量相同。

  • 一个维度为nd的矩阵X
  • 一个维度为md的矩阵Y

现在我想得到一个矩阵,称之为K,其i,j元素通过将X的第i行作为第一个参数传递给kernel_func,将Y的第j行作为第二个参数来计算。即

kernel_func(X[i, ], Y[j, ])

我怎样才能编写一段简洁的代码来实现这个功能,希望能使用applylapplymapply或类似的函数?

愚蠢的最小工作示例

创建两个列数相同的矩阵

X = matrix(1:9, nrow=3, ncol=3)Y = matrix(1:12, nrow=4, ncol=3)

用零初始化K矩阵

K <- matrix(0, nrow(X), nrow(Y))

使用双重循环来创建矩阵

for (i in rep(1:nrow(X), 4)){    for (j in 1:nrow(Y)) {        K[i, j] = kernel_func(X[i, ], Y[j, ])    }}

回答:

这里有两种方法来实现它:

  • 使用apply()的解决方案:
K <- t(apply(X, 1, function(p) apply(Y, 1, function(q) kernel_func(p,q))))
  • 使用expand.grid()的解决方案:
K <- matrix(apply(expand.grid(1:nrow(X),1:nrow(Y)),1,                   function(k) kernel_func(X[k[1],],Y[k[2],])),nrow = nrow(X))

输出

> K     [,1] [,2] [,3] [,4][1,]    5   14   29   50[2,]    2    5   14   29[3,]    5    2    5   14

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