How do I generate a matrix which shows if pairs of elements in a vector are equal

I have a vector in which elements are assigned as either 1 or 0

For example

V1 <- c(1,0,1,1,0)

I want to generate a matrix M of size V1 x V1 in which each element is coded 1 if the values of the vector elements are equal e.g. if V1(1)=1 & V1(3)=1 then M(1,3)=1

In the case above

M = (1,0,1,1,0
     0,1,0,0,1
     1,0,1,1,0
     1,0,1,1,0
     0,1,0,0,1)

My actual matrix will have 44 elements and a will simulate it around 10,000 times so I need code that runs quickly.

Thanks

Paul

I could code this in a for loop but this would be very inefficient

New contributor

Paul Mee is a new contributor to this site. Take care in asking for clarification, commenting, and answering.
Check out our Code of Conduct.

2

Try outer

+(outer(V1, V1, "=="))
     [,1] [,2] [,3] [,4] [,5]
[1,]    1    0    1    1    0
[2,]    0    1    0    0    1
[3,]    1    0    1    1    0
[4,]    1    0    1    1    0
[5,]    0    1    0    0    1

outer(V1, V1, FUN = (x, y) as.integer(x == y))

Benchmarks (assuming 44 elements in the input vector):

V2 <- sample(V1, size = 44, replace = TRUE)
bench::mark(
  Andre = +(outer(V2, V2, "==")),
  SB    = outer(V2, V2, FUN = (x, y) as.integer(x == y)),
  Sam = createMatrix(V2),
  Abin = create_matrix(V2)
)
  expression     min median `itr/sec` mem_alloc `gc/sec` n_itr  n_gc total_time result   memory     time       gc      
  <bch:expr> <bch:t> <bch:>     <dbl> <bch:byt>    <dbl> <int> <dbl>   <bch:tm> <list>   <list>     <list>     <list>  
1 Andre       18.1µs   20µs    38110.   45.78KB     38.1  9990    10      262ms <int[…]> <Rprofmem> <bench_tm> <tibble>
2 SB          16.6µs 18.4µs    47984.   45.78KB     52.8  9989    11      208ms <int[…]> <Rprofmem> <bench_tm> <tibble>
3 Sam            4µs  4.6µs   204136.    7.61KB     20.4  9999     1       49ms <int[…]> <Rprofmem> <bench_tm> <tibble>
4 Abin        21.8µs 24.5µs    39049.   68.52KB     62.6  9984    16      256ms <dbl[…]> <Rprofmem> <bench_tm> <tibble>

As you want efficiency, here is an Rcpp solution. I tried getting fancy and using bitwise operations as x[i] == x[j] is equivalent to !(x[i] ^ x[j]) if all values are zeroes and ones, but it wasn’t faster than direct comparison. In any case, this may be quicker than outer(). It returns an integer matrix.

Rcpp::sourceCpp(code = "
#include <Rcpp.h>
using namespace Rcpp;
// [[Rcpp::export]]
IntegerMatrix createMatrix(NumericVector x) {
    int n = x.size();
    IntegerMatrix M(n, n);

    for(int i = 0; i < n; i++) {
        for(int j = 0; j < n; j++) {
            M(i, j) = (x[i] == x[j]) ? 1 : 0;
        }
    }

    return M;
}
")

createMatrix(V1)

#      [,1] [,2] [,3] [,4] [,5]
# [1,]    1    0    1    1    0
# [2,]    0    1    0    0    1
# [3,]    1    0    1    1    0
# [4,]    1    0    1    1    0
# [5,]    0    1    0    0    1

I recently had to do something similar for a project. 🙂 So, you can approach it in 2 steps basically. First is to have a vectorised way to generate the matrix. And the next step is of course the simulation part.

For creating the matrix, you can use outer function in combination with matrix function. Code below:

V1 <- c(1, 0, 1, 1, 0)
create_matrix <- function(V) {
  M <- outer(V, V, FUN = "==")
  M <- as.numeric(M)
  matrix(M, nrow = length(V), ncol = length(V))
}

M <- create_matrix(V1)

And then for the simulation part, you can use replicate function. Code below:

matrices_10000 <- replicate(10000, create_matrix(V1), simplify = FALSE)

The key part in this is to use vectorisation as much as possible. About outer, you can find more info about it here: https://www.rdocumentation.org/packages/base/versions/3.6.2/topics/outer

Two fast options (see benchmarks below).

A fast base solution:

+(tcrossprod(V1 + 1) != 2)
#>      [,1] [,2] [,3] [,4] [,5]
#> [1,]    1    0    1    1    0
#> [2,]    0    1    0    0    1
#> [3,]    1    0    1    1    0
#> [4,]    1    0    1    1    0
#> [5,]    0    1    0    0    1

A fast Rcpp solution:

Rcpp::sourceCpp(code = "
  #include <Rcpp.h>
  using namespace Rcpp;
  // [[Rcpp::export]]
  IntegerMatrix v2mat(const IntegerVector& x) {
      const int n = x.size();
      IntegerVector v0 (n);
      IntegerVector v1 (n);
      int n0 = 0;
      int n1 = 0;
      IntegerMatrix M = IntegerMatrix::diag(n, 1);
      
      for(int i = 0; i < 3; i++) {
        if (x(i) == 1) {
          for (int j = 0; j < n1; j++) {
            M(i, v1(j)) = 1;
            M(v1(j), i) = 1;
          }
          v1(n1++) = i;
        } else {
          for (int j = 0; j < n0; j++) {
            M(i, v0(j)) = 1;
            M(v0(j), i) = 1;
          }
          v0(n0++) = i;
        }
      }
  
      return M;
  }
")

Benchmarking against a couple of the other answers:

V1 <- sample(0:1, 44, 1)

bench::mark(
  outer = +(outer(V1, V1, "==")),
  tcrossprod = +(tcrossprod(V1 + 1) != 2),
  createMatrix = createMatrix(V1),
  v2mat = v2mat(V1)
)
bench::mark(
  outer = +(outer(V1, V1, "==")),
  tcrossprod = +(tcrossprod(V1 + 1) != 2),
  createMatrix = createMatrix(V1),
  v2mat = v2mat(V1)
)
#> # A tibble: 2 × 6
#>   expression        min   median `itr/sec` mem_alloc `gc/sec`
#>   <bch:expr>   <bch:tm> <bch:tm>     <dbl> <bch:byt>    <dbl>
#> 1 outer          12.7µs   19.6µs    49472.    62.9KB     24.7
#> 2 tcrossprod      6.6µs   13.8µs    71375.    30.8KB     35.7
#> 3 createMatrix    5.6µs    5.8µs   165304.       8KB     33.1
#> 4 v2mat           4.3µs    4.5µs   210224.    12.2KB     42.1

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật