MATLAB 中的循环缓冲区，**无需**复制旧数据

Question

这里有一些关于如何在 MATLAB 中制作循环缓冲区的好帖子（例如 this one）。但是从查看它们来看，我认为它们不适合我的应用程序，因为我正在寻找的是 MATLAB 中的循环缓冲区解决方案，它不涉及任何旧数据的复制。

举个简单的例子，假设我一次处理 50 个样本，每次迭代读取 10 个样本。我将首先运行 5 次迭代，填满我的缓冲区，最后处理我的 50 个样本。所以我的缓冲区将是

[B1 B2 B3 B4 B5]

，其中每个“B”是一个包含 10 个样本的块。

现在，我阅读了接下来的 10 个样本，将它们称为 B6。我希望我的缓冲区现在看起来像：

[B2 B3 B4 B5 B6]

问题是 - 我不想每次都复制旧数据 B2、B3、B4、B5，因为这样会变得很耗时。 （我有非常大的数据集）。

我想知道是否有一种方法可以在不复制任何“旧”数据的情况下做到这一点。谢谢。

Answer 1

我刚刚上传了一个快速循环缓冲区的解决方案，它不会复制旧数据

http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/47025-circvbuf-m

这个循环缓冲区的主要思想是恒定和快速的性能 并在程序中使用缓冲区时避免复制操作：

% create a circular vector buffer
    bufferSz = 1000;
    vectorLen= 7;
    cvbuf = circVBuf(int64(bufferSz),int64(vectorLen));

% fill buffer with 99 vectors
    vecs = zeros(99,vectorLen,'double');
    cvbuf.append(vecs);

% loop over lastly appended vectors of the circVBuf:
    new = cvbuf.new;
    lst = cvbuf.lst;
    for ix=new:lst
       vec(:) = cvbuf.raw(:,ix);
    end

% or direct array operation on lastly appended vectors in the buffer (no copy => fast)
    new = cvbuf.new;
    lst = cvbuf.lst;
    mean = mean(cvbuf.raw(3:7,new:lst));

查看截图，这个循环缓冲区在缓冲区大的情况下有优势，但每次追加的数据量很小，因为与简单的副本相比，circVBuf 的性能不依赖于缓冲区大小缓冲区。

双缓冲根据在任何情况下要追加的数据来保证追加的预测时间。将来，本课程将为您提供双缓冲是或否的选择 - 如果您不需要保证时间，事情将会加速。

Answer 2

我的想法是使用一个包含 5 个条目的单元格数组，并使用一个变量来索引应该在下一步中覆盖的子数组。例如。像

 a = {ones(10),2*ones(10),3*ones(10),4*ones(10),5*ones(10)};
 index = 1;

在下一步中，您可以写入子数组：

 a{index} = 6*ones(10);

并像

一样增加索引

index = index+1

显然，某种限制：

if(index > 5) % FIXED TYPO!!
   index = 1;
end

这适合你吗？

编辑： 还有一件事要考虑的是条目的排序，因此这些条目总是会被一些条目移动，但取决于您继续使用数据的方式，您可以例如根据变量index改变数据的使用。

EDIT2：我有另一个想法：在 MATLAB 中使用类怎么样。您可以使用句柄类来保存数据，从而使用缓冲区仅引用数据。这可能会使其更快一些，具体取决于您持有的数据（数据集有多大等）以及您的代码中有多少班次。参见例如这里：Matlab -- handle objects

你可以使用一个简单的句柄类：

classdef Foo < handle   
    properties (SetAccess = public, GetAccess = public)
        x
    end

    methods
        function obj = foo(x)
            % constructor
            obj.x = x;
        end 
    end       
end

将数据存储在其中：

data = [1 2 3 4];
foo = Foo(data);  % handle object

然后只将对象引用存储在循环缓冲区中。在发布的链接中，答案显示分配 bar = foo 不会复制对象，但实际上只保留了引用：

foo.x = [3 4]
disp(bar.x)      % would be [3 4]

但如上所述，由于 OOP 开销，我不知道这是否会更快。这可能取决于您的数据......这里有一些关于它的更多信息：http://www.matlabtips.com/how-to-point-at-in-matlab/

Answer 3

快速实现循环缓冲区的一种方法是使用模数绕回前面。这将稍微修改您指定的数据顺序，但如果您只需将最旧的数据替换为最新的数据，而不是

[B2 B3 B4 B5 B6]

你得到

[B6 B2 B3 B4 B5]

通过使用这样的代码：

bufferSize = 5;

data = nan(bufferSize,1)';

for ind = 1:bufferSize+2  

    data(mod(ind-1, bufferSize)+1) = ind

end

这适用于任意大小的数据。

如果您不熟悉取模，mod 函数会有效地返回除法运算的余数。所以mod(3,5)返回3，mod(6,5)返回1，mod(7,5)返回2等等，直到你到达mod(10,5)再次等于0。这允许我们通过每次到达终点时回到起点来“环绕”向量。代码中的 +1 和 -1 是因为 MATLAB 从 1 而不是 0 开始其向量索引，因此要正确计算数学，您必须在执行 mod 之前删除 1 然后将其重新添加以获取正确的索引。结果是，当您尝试将第 6 个元素写入向量时，它会将其写入向量中的第一个位置。