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如何在CSR格式中高效存储非零元列?

### CSR格式存储非零元列,,CSR(Compressed Sparse Row)格式是一种用于高效存储稀疏矩阵的格式,特别适用于科学计算和机器学习等领域。该格式通过三个一维数组存储矩阵的非零元素及其位置信息,包括 values、 column_indices和 row_ptr。 values数组按行优先顺序存储所有非零元素; column_indices数组存储每个非零元素的列索引; row_ptr数组存储每一行的起始位置索引,表示每行第一个非零元素在 values数组中的位置。这种存储方式显著减少了内存占用,并提高了访问速度,尤其适合处理大规模稀疏矩阵。

在CSR(Compressed Sparse Row)格式中,存储稀疏矩阵的非零元列主要通过以下三个数组实现:

如何在CSR格式中高效存储非零元列?  第1张

1、values数组:按行优先的顺序存储矩阵中的非零元素,对于矩阵A,其非零元素为1, 2, 3, 4, 5, 6,因此values = [1, 2, 3, 4, 5, 6]。

2、column_indices数组:存储每个非零元素对应的列索引,注意,column_indices中的索引与values数组中的元素一一对应,第一个非零元素1在第0行的第0列,因此column_indices[0] = 0;第二个非零元素2在第0行的第4列,因此column_indices[1] = 4,以此类推,最终得到column_indices = [0, 4, 1, 3, 2, 4]。

3、row_ptr数组:表示每一行中第一个非零元素在values数组中的位置,它的长度是矩阵行数加1(m+1),因为最后一个元素表示最后一行非零元素的结尾,对于上述矩阵A,第0行的非零元素为1和2,它们在values数组中的位置分别是索引0和1,所以row_ptr[0] = 0,row_ptr[1] = 2;第1行的非零元素为3和4,它们在values数组中的位置分别是索引2和3,所以row_ptr[1] = 2,row_ptr[2] = 4;第2行的非零元素为5和6,它们在values数组中的位置分别是索引4和5,所以row_ptr[2] = 4,row_ptr[3] = 6,row_ptr数组如下:row_ptr = [0, 2, 4, 6]。

CSR格式通过values、column_indices和row_ptr这三个数组有效地存储了稀疏矩阵的非零元素及其位置信息,大大节省了内存空间,并提高了计算效率。

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