我应该使用简单的类还是高维矩阵？

Question

C++新手来了！我想模拟一个群体，包括斑块，个体，染色体，基因。

在C++中使用一系列简单类与高维矩阵的优缺点是什么？通常，访问内存插槽的时间在这两种技术之间会有所不同吗？

高维矩阵

您可以制作“向量向量的向量”(或C型高维整数数组)，并在内存中访问任何基因。

for (int patch=0;patch<POP.size();patch++)
{
    for (int ind=0;ind<POP[patch].size();patch++)
    {
        for (int chrom=0;chrom<POP[patch][ind].size();chrom++)
        {
            for (int gene=0;gene<POP[patch][ind][chrom].size();gene++)
            {
                 POP[patch][ind][chrom][gene];
            }
        }
    }   
}

级数的简单类

我们可以使用一系列简单的类来访问内存中的任何基因

for (int patch=0;patch<POP->PATCHES.size();patch++)
{
    for (int ind=0;ind<POP->PATCHES[patch]->INDIVIDUALS.size();patch++)
    {
        for (int chrom=0;chrom<POP->PATCHES[patch]->INDIVIDUALS[ind]->CHROMOSOMES.size();chrom++)
        {
            for (int gene=0;gene<POP->PATCHES[patch]->INDIVIDUALS[ind]->CHROMOSOMES[chrom]->GENES.size();gene++)
            {
                POP->PATCHES[patch]->INDIVIDUALS[ind]->CHROMOSOMES[chrom]->GENES[gene];
            }
        }
    }   
}

Answer 1

虽然高维矩阵可以工作，但考虑到您可能希望向个人添加更多的信息。它不仅有染色体，还可能有年龄、兄弟姐妹、父母、表型等等。然后自然有一个class Individual，它可以包含所有这些信息以及它的染色体列表。使用类将相关信息组合在一起。

Answer 2

虽然我总体上同意@g-sliepen的回答，但还有一点你应该知道：

C++使您能够区分接口和类型。您可以为代码的用户保留摘要类型(即使只有您)，并在其上提供有限的操作集。

使用此模式可以完全更改实现(例如，返回到向量进行并行计算等)。稍后，无需使用它来更改代码(例如，具体的模拟)。

Answer 3

我将不讨论已经提出的内容，因为通常将individual实体存储为一个具有与其相关的所有相关字段的类是一个好主意，但我将只讨论您的第一个建议：

使用像std::vector<std::vector<std::vector<std::vector<type>>>>这样的东西(除了一般地处理它很痛苦)的问题是，虽然包含结构的整体std::vector具有连续的存储(只要您不存储std::vector，也就是说)，内部向量并不是彼此相邻的或其他元素。

因此，如果要在结构中存储大量数据，并且需要尽可能快地访问和迭代，这种存储方法并不理想--它还会使遍历整个结构的问题复杂化。

当您需要快速迭代和随机访问时，存储大型多维“矩阵”(在本例中是4级张量)的一个很好的解决方案是在某些std::vector配置中为单个行-专业/列-专业编写一个包装器，以便将所有数据存储为一个连续块，并且可以通过单个循环或对std::for_each的调用来遍历所有数据(例如)。然后，您访问结构的每个索引将依次对应于patch、ind、chrom和gene。

一个可以处理这个问题的预先构建的数据结构的例子是boost::multi_array，如果您不自己编写包装器的话。