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我所理解的矩阵042006-01-10 21:34:00

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一个组合应用,做了一个工程文件,大家可以去下载。把基本函数写下来,其他的功能函数可以在文中找到.#define N 100#define MAXSIZE 1000 //假设非零元素的个数最多为1000个 #define MAXRC 100 //假设矩阵的行(列)数最多为100 typedef struct matnode{ int row, col;  //结点的行域和列域 struct matnode *right, *down;//结点的向下域(down)和向右域(right)  union //结点的数据域,若为表头结点则无数值,而用指向其后继的指针代替  {  int data;  struct matnode *next; } tag;} CrossNode, *CrossList; typedef struct{ int x, y;  //该非零元素的行下标和列下标  int e; //该非零元素的值 } Triple;typedef struct{ Triple data[MAXSIZE+1];//非零元素三元组顺序表data[0]未用  int mu, nu, tu;   //矩阵的行数,列数和非零元素的个数 } TSMatrix; typedef struct node{ int data;  //存储元素的值  int x;    //存储元素的横坐标  int y;    //存储元素的纵坐标       } array; int sum; //全局变量,存储行列式的值 void DoArray(void);    // 二维数组存储矩阵演示void CreateArray(int H[][N], int m, int n);  //构造一个二维数组存储矩阵void PrintArray(const int H[][N], int m, int n); //输出二维数组存储矩阵void trsmat(const int A[][N], int B[][N], int m, int n) ; //二维数组存储转置矩阵void addsmat(const int A[][N], const int B[][N], int C[][N], int m, int n); //二维数组存储矩阵矩阵相加  //二维数组存储矩阵矩阵相乘void mulsmat(const int A[][N], const int B[][N], int C[][N], int m, int n, int l); void DoTriple(void); //三元组顺序表存储矩阵 演示TSMatrix ArrayToTriple(const int A[][N], int m, int n);//二维数组转换为三元组顺序表 void TripleToArray(TSMatrix T, int A[][N], int *m, int *n);//三元组顺序表转换为二维数组void PrintTriple(TSMatrix M);//输出三元组顺序表存储矩阵int TransposeSMatrix(TSMatrix M, TSMatrix *T);//三元组顺序表 转置矩阵int FastTransposeSMatrix(TSMatrix M, TSMatrix *T);  //三元组顺序表 快速转置矩阵TSMatrix TripleAddSMatrix(TSMatrix A, TSMatrix B); //三元组顺序表 矩阵相加int value(TSMatrix M, int i, int j);//计算出C的行号i和列号j处元素的值int MultSMatrix(TSMatrix A, TSMatrix B, TSMatrix *C); //三元组顺序表 矩阵相乘void RPos(TSMatrix M, int rpos[]);//确定矩阵的每一行的第一个非零元素在三元组顺序表中的位置int FastMultSMatrix(TSMatrix A, TSMatrix B, TSMatrix *C); //三元组顺序表  快速矩阵相乘 void DoCrossList(void);  //十字链表存储矩阵 演示void CreateHead(CrossList Head[], int len); //创建十字链表的表头结点 void Insert(CrossList Head[], int r, int c, int v); //插入新的结点 CrossList ArrayToCrossList(const int A[][N], int m, int n);//二维数组转换为十字链表 void CrossListToArray(CrossList T, int A[][N], int *m, int *n);//十字链表转换为二维数组void PrintCrossList(CrossList T);//输出十字链表存储矩阵CrossList CrossListAddSMatrix(const CrossList A, const CrossList B);//十字链表存储矩阵矩阵相加 int TransposeCrossList(const CrossList M, CrossList *T);  //十字链表存储转置矩阵 int MultCrossList(const CrossList A, const CrossList B, CrossList *C);//十字链表存储矩阵矩阵相乘 void DoNJZ(void);//矩阵的逆矩阵 演示int ByArray(const int H[][N], int Y[][N], int m); //二维数组存储矩阵 方式求逆矩阵 int ByTSMatrix(const int H[][N], int Y[][N], int m); //三元组顺序表存储矩阵 方式求逆矩阵int ByCrossList(const int H[][N], int Y[][N], int m); //十字链表存储矩阵 方式求逆矩阵  //判断当前元素的纵坐标是否与栈中存储的元素重复 int Judge(const array S[], int line, int len);void SolveHA(const int H[][N], array S[], int len, int i, int NiXu);//二维数组采用递归方式求行列式的值TSMatrix CreateYHT(TSMatrix T, int x, int y); //三元组顺序表求代数余子式矩阵 void SolveHT(const TSMatrix A, array S[], int rpos[], int row, int top, int NiXu);//三元组顺序表采用递归方式求行列式的值CrossList CreateYHC(const CrossList T, int s, int x, int y);//十字链表求代数余子式矩阵 void SolveHC(CrossList T, array S[], CrossList HeadRow, int top, int NiXu);//十字链表采用递归方式求行列式的值 extern sum; int main(int argc, char *argv[]){//  DoArray();// DoTriple(); // DoCrossList(); DoNJZ() ;  system("PAUSE");   return 0;} void DoArray(void)  // 二维数组存储矩阵演示{  int Array1[N][N], Array2[N][N], Array3[N][N], Array4[N][N], Array5[N][N]; //二维数组存储矩阵  int m1, n1, m2, n2;  m1 = 3; n1 = 4; m2 = 3; n2 = 4; puts("第1个矩阵:"); CreateArray(Array1, m1, n1); //构造一个二维数组存储矩阵 PrintArray(Array1, m1, n1); //输出二维数组存储矩阵 puts("第1个矩阵的转置矩阵3:"); trsmat(Array1, Array2, m1, n1); PrintArray(Array2, n1, m1);  //输出二维数组存储矩阵 puts("第2个矩阵:"); CreateArray(Array3, m2, n2);  //构造一个二维数组存储矩阵 PrintArray(Array3, m2, n2);  //输出二维数组存储矩阵 puts("第1个矩阵和第2个矩阵相加:"); addsmat(Array1, Array3, Array4, m1, n1); PrintArray(Array4, m1, n1);  //输出二维数组存储矩阵 puts("第1个矩阵和第3个矩阵相乘:"); mulsmat(Array1, Array2, Array5, m1, n1, m1); PrintArray(Array5, m1, m1);  //输出二维数组存储矩阵} void DoTriple(void)//三元组顺序表存储矩阵 演示{ int Array1[N][N], Array2[N][N], Array3[N][N], Array4[N][N], Array5[N][N]; //二维数组存储矩阵   TSMatrix Triple1, Triple2, Triple3, Triple4, Triple5; int m1, n1, m2, n2; int flag1, flag2;  m1 = 3; n1 = 4; m2 = 3; n2 = 4; puts("第1个矩阵:"); CreateArray(Array1, m1, n1); //构造一个二维数组存储矩阵 PrintArray(Array1, m1, n1); //输出二维数组存储矩阵 // puts("第1个矩阵转换为三元组顺序表:");  Triple1 = ArrayToTriple(Array1, m1, n1);//二维数组转换为三元组顺序表 // PrintTriple(Triple1);  puts("第2个矩阵:"); CreateArray(Array2, m2, n2);  //构造一个二维数组存储矩阵 PrintArray(Array2, m2, n2);   //输出二维数组存储矩阵 // puts("第2个矩阵转换为三元组顺序表:");  Triple2 = ArrayToTriple(Array2, m2, n2); //二维数组转换为三元组顺序表 // PrintTriple(Triple2);  puts("第1个矩阵与第2个矩阵相加:"); Triple4 = TripleAddSMatrix(Triple1, Triple2);  //三元组顺序表 矩阵相加 TripleToArray(Triple4, Array3, &m2, &n2);//三元组顺序表转换为二维数组 PrintArray(Array3, m2, n2); //输出二维数组存储矩阵 flag1 = TransposeSMatrix(Triple1, &Triple3); //三元组顺序表 转置矩阵// flag1 = FastTransposeSMatrix(Triple1, &Triple3);//三元组顺序表 快速转置矩阵 if(flag1) {   puts("第1个矩阵的转置矩阵3:"); // PrintTriple(Triple3);   TripleToArray(Triple3, Array3, &m1, &n1);//三元组顺序表转换为二维数组  PrintArray(Array3, m1, n1); //输出二维数组存储矩阵  flag2 = MultSMatrix(Triple1, Triple3, &Triple5);//三元组顺序表 矩阵相乘  if(flag2)  {   TripleToArray(Triple5, Array3, &m1, &n1);//三元组顺序表转换为二维数组   puts("第1个矩阵与其转置矩阵相乘:");   PrintArray(Array3, m1, n1); //输出二维数组存储矩阵  } }}   void DoCrossList(void){ int Array1[N][N], Array2[N][N], Array3[N][N], Array4[N][N], Array5[N][N]; //二维数组存储矩阵  CrossList  CrossList1=NULL, CrossList2=NULL, CrossList3=NULL, CrossList4=NULL; int m1, n1, m2, n2; int flag1, flag2;  m1 = 5; n1 = 5; puts("第1个矩阵:"); CreateArray(Array1, m1, n1); //构造一个二维数组存储矩阵 PrintArray(Array1, m1, n1); //输出二维数组存储矩阵  CrossList1 = ArrayToCrossList(Array1, m1, n1); //二维数组转换为十字链表  // PrintCrossList(CrossList1); //输出十字链表存储矩阵   puts("第2个矩阵:"); CreateArray(Array2, m1, n1); //构造一个二维数组存储矩阵 PrintArray(Array2, m1, n1); //输出二维数组存储矩阵   CrossList2 = ArrayToCrossList(Array2, m1, n1); //二维数组转换为十字链表  // PrintCrossList(CrossList2); //输出十字链表存储矩阵  puts("第1个矩阵和第2个矩阵相加:");  CrossList4 = CrossListAddSMatrix(CrossList1, CrossList2);//十字链表存储矩阵矩阵相加 //  PrintCrossList(CrossList4); //输出十字链表存储矩阵 CrossListToArray(CrossList4, Array3, &m2, &n2); //十字链表转换为二维数组  PrintArray(Array3, m2, n2); //输出二维数组存储矩阵    flag1 = TransposeCrossList(CrossList1, &CrossList3); //十字链表存储转置矩阵  if(flag1)  {   puts("第1个矩阵的转置矩阵3:");     // PrintCrossList(CrossList3); //输出十字链表存储矩阵  CrossListToArray(CrossList3, Array3, &m2, &n2); //十字链表转换为二维数组    PrintArray(Array3, m2, n2); //输出二维数组存储矩阵    puts("第1个矩阵与其转置矩阵相乘:");    flag2 = MultCrossList(CrossList1, CrossList3, &CrossList4);     if(flag2)    {            // PrintCrossList(CrossList4); //输出十字链表存储矩阵   CrossListToArray(CrossList4, Array3, &m2, &n2); //十字链表转换为二维数组     PrintArray(Array3, m2, n2); //输出二维数组存储矩阵  }   }//  if(flag1) } void DoNJZ(void){ int H[N][N]; //存储原矩阵的行列式和代数余子式 int Y[N][N], YZ[N][N];//Y[N][N]存储代数余子式的值,其转置矩阵YZ[N][N]即原矩阵的伴随矩阵  int D; // 存储原矩阵的行列式的值 int m;//存储原矩阵的行列式的阶次  int choice; m = 8; CreateArray(H, m, m);  //构造一个矩阵行列式  PrintArray(H, m, m);  //输出矩阵行列式  puts("请选择处理逆矩阵的方法:"); puts("输入1:二维数组存储矩阵方式求逆矩阵 "); puts("输入2:三元组顺序表存储矩阵方式求逆矩阵 "); puts("输入3:十字链表存储矩阵方式求逆矩阵"); scanf("%d", &choice); switch(choice) {                            case 1: D = ByArray(H, Y, m); //二维数组存储矩阵 方式求逆矩阵       break;  case 2: D = ByTSMatrix(H, Y, m);  //三元组顺序表存储矩阵 方式求逆矩阵          break;  case 3: D = ByCrossList(H, Y, m); //十字链表存储矩阵 方式求逆矩阵         break;  default: puts("");      break; } trsmat(Y, YZ, m, m);//求转置矩阵 //PrintArray(YZ, m, m); //输出伴随矩阵  puts("逆矩阵:"); printf("(1/%d)*\n", D); PrintArray(YZ, m, m); //输出伴随矩阵  } int ByArray(const int H[][N], int Y[][N], int m) //二维数组存储矩阵 方式求逆矩阵 { array SL[N]; //栈,存储行列式的每一个乘积项的元素(因子)  int YH[N][N]; //存储原矩阵的行列式和代数余子式 int D; // 存储原矩阵的行列式的值 int x, y, row, col; int i, j;  sum = 0;  //设原矩阵的行列式的初值为0  SolveHA(H, SL, m, 0, 0); //采用递归方式求矩阵行列式的值 D = sum;// printf("D = %d\n", D); //输出原矩阵的行列式的值 for(x=0; x<m; x++)//构造各元素的代数余子式  for(y=0; y<m; y++)  {   for(row=0, i=0; i<m; i++) //构造代数余子式   {    if(i!=x)    {     for(col=0, j=0; j<m; j++)      if(j!=y)       YH[row][col++] = H[i][j];            row++;    }    }      //PrintYH(YH); //输出代数余子式   sum = 0;  //设代数余子式的初值为0    SolveHA(YH, SL, m-1, 0, 0);//采用递归方式求代数余子式的值   if((x+1+y+1)%2==0)    Y[x][y] = sum;   else    Y[x][y] = sum*(-1);  } return D;} int ByTSMatrix(const int H[][N], int Y[][N], int m) //三元组顺序表存储矩阵 方式求逆矩阵 { array SL[N]; //栈,存储行列式的每一个乘积项的元素(因子)  int YH[N][N]; //存储原矩阵的行列式和代数余子式 TSMatrix Triple1, Triple2;  //三元组顺序表 int Trpos[N] = {0};//存储矩阵T的每一行的第一个非零元素在三元组中的位置  int D;   // 存储原矩阵的行列式的值 int x, y; int ym; //分别存储原矩阵的行列式和代数余子式的阶次  Triple1 = ArrayToTriple(H, m, m); //二维数组转换为三元组顺序表 // PrintTriple(Triple1);  RPos(Triple1, Trpos);//确定矩阵的每一行的第一个非零元素在三元组顺序表中的位置  sum = 0; //设原矩阵的行列式的初值为0     SolveHT(Triple1, SL, Trpos, 1, 0, 0); //采用递归方式求矩阵行列式的值 D = sum;   // printf("D = %d\n", D); //输出原矩阵的行列式的值 for(x=1; x<=m; x++)  //构造各元素的代数余子式  for(y=1; y<=m; y++)  {   Triple2 = CreateYHT(Triple1, x, y); //求代数余子式矩阵       // PrintTriple(Triple2);  //输出代数余子式   // TripleToArray(Triple2, YH, &ym, &ym);//三元组顺序表转换为二维数组   // PrintArray(YH, ym, ym);  //输出行列式     RPos(Triple2, Trpos);//确定矩阵的每一行的第一个非零元素在三元组顺序表中的位置   sum = 0;  //设代数余子式的初值为0    SolveHT(Triple2, SL, Trpos, 1, 0, 0);//采用递归方式求代数余子式的值   if((x+y)%2==0)    Y[x-1][y-1] = sum;   else    Y[x-1][y-1] = sum*(-1);    }     return D;}    int ByCrossList(const int H[][N], int Y[][N], int m) //十字链表存储矩阵 方式求逆矩阵 { CrossList  CrossList1=NULL, CrossList2=NULL; // 十字链表 array SL[N]; //栈,存储行列式的每一个乘积项的元素(因子)  int YH[N][N]; //存储原矩阵的行列式和代数余子式 int YZ[N][N];//存储代数余子式的值,其转置矩阵即原矩阵的伴随矩阵  int D;  // 存储原矩阵的行列式的值 int x, y; int ym;  //分别存储原矩阵的行列式和代数余子式的阶次  CrossList1 = ArrayToCrossList(H, m, m);//二维数组转换为十字链表 // PrintCrossList(CrossList1);//输出十字链表存储矩阵   sum = 0;  //设原矩阵的行列式的初值为0        SolveHC(CrossList1, SL, CrossList1->tag.next, 0, 0); //采用递归方式求矩阵行列式的值 D = sum;   // printf("D = %d\n", D); //输出原矩阵的行列式的值 for(x=1; x<=m; x++)  //构造各元素的代数余子式  for(y=1; y<=m; y++)  {   CrossList2 = CreateYHC(CrossList1, m-1, x, y); //求代数余子式矩阵    //  PrintCrossList(CrossList2); //输出十字链表存储矩阵  // CrossListToArray(CrossList2, YH, &ym, &ym); //十字链表转换为二维数组   //  PrintArray(YH, ym, ym); //输出二维数组存储矩阵   sum = 0;     //设代数余子式的初值为0    SolveHC(CrossList2, SL, CrossList2->tag.next, 0, 0);//采用递归方式求代数余子式的值   if((x+y)%2==0)    Y[x-1][y-1] = sum;   else    Y[x-1][y-1] = sum*(-1);      }    return D;}//部分功能函数 //判断当前元素的纵坐标是否与栈中存储的元素重复 int Judge(const array S[], int line, int len){ int i;  for(i=0; i<len; i++)  if(line == S[i].y)   return 0; return 1;} void SolveHA(const int H[][N], array S[], int len, int i, int NiXu)//采用递归方式求行列式的值{ array CS[N];  //栈,存储S[]的拷贝  int j, k, top = i; int mul; //存储每一个乘积项的值 int CNiXu; //累积每一个乘积项的逆序数           for(j=0; j<len; j++) {  if(Judge(S, j, top))//如果当前元素的纵坐标不与栈中存储的元素重复,将其入栈   {   S[top].x = i;   S[top].y = j;   S[top].data = H[i][j];   CNiXu = NiXu; //把逆序数复制到CNiXu    for(k=0; k<top; k++)   {    if(j < S[k].y) //累积逆序数     CNiXu++;   }   for(k=0; k<=top; k++) //复制栈     CS[k] = S[k];   if(i<len-1)  //如果未分析到该乘积项的最后一个元素,递归继续分析     SolveHA(H, CS, len, i+1, CNiXu);   else  //否则计算该乘积项的值,并存储到栈中    {        for(mul=1, k=0; k<=top; k++)     mul *= S[k].data;    if(CNiXu%2==0) //如果逆序数为偶数,该乘积项为正     sum += mul;    else  //否则为负     sum -= mul;   }  } }} TSMatrix CreateYHT(TSMatrix T, int x, int y) //三元组顺序表求代数余子式矩阵  { int i, k = 1;  TSMatrix TY;   for(i=1; i<=T.tu; i++) //构造代数余子式 {     if(x != T.data[i].x && y != T.data[i].y)  {   if(x > T.data[i].x)   //若该非零元素的行号比x小,其代数余子式对应的元素行号不变     TY.data[k].x = T.data[i].x;   else            //若该非零元素的行号比x大,其代数余子式对应的元素行号减1     TY.data[k].x = T.data[i].x-1;   if(y > T.data[i].y)    //列号的处理方法与行号相同     TY.data[k].y = T.data[i].y;   else    TY.data[k].y = T.data[i].y-1;     TY.data[k].e = T.data[i].e;   k++;  } } //for(i=1; i<=T.tu; i++)  TY.mu = T.mu-1; TY.nu = T.nu-1; TY.tu = k-1;  return TY;} void SolveHT(const TSMatrix A, array S[], int rpos[], int row, int top, int NiXu)//三元组顺序表采用递归方式求行列式的值{ array CS[N];  //栈,存储S[]的拷贝  int ta, p, i, j, k, ctop;  int mul; //存储每一个乘积项的值 int CNiXu; //累积每一个乘积项的逆序数   if(row < A.mu) //处理A中第arow的每一个非零元素ta指示下一行第一个非零元素的位置   ta = rpos[row+1]; else   //最后一行的 下一行第一个非零元素的位置 当然是  A.tu + 1  ta = A.tu + 1;      for(p=rpos[row]; p<ta; p++) //按行扫描  {     ctop = top;    if(Judge(S, A.data[p].y, ctop))//如果当前元素的纵坐标不与栈中存储的元素重复,将其入栈  {      S[ctop].x = A.data[p].x;   S[ctop].y = A.data[p].y;   S[ctop++].data = A.data[p].e;   CNiXu = NiXu; //把逆序数复制到CNiXu    for(k=0; k<ctop-1; k++)   {    if(S[ctop-1].y < S[k].y) //累积逆序数     CNiXu++;   }         for(k=0; k<ctop; k++) //复制栈     CS[k] = S[k];   if(row < A.mu) //如果未分析到该乘积项的最后一个元素,递归继续分析     SolveHT(A, CS, rpos, row+1, ctop, CNiXu);   else  //否则计算该乘积项的值,并存储到栈中    {     if(ctop == row)    {     for(mul=1, k=0; k<ctop; k++)      mul *= S[k].data;     if(CNiXu%2==0) //如果逆序数为偶数,该乘积项为正      sum += mul;     else  //否则为负      sum -= mul;        }     }  }  }} CrossList CreateYHC(const CrossList T, int s, int x, int y)//十字链表求代数余子式矩阵 { CrossList Head[MAXRC], p, q; int k, row, col;  CreateHead(Head, s); k = 1; p = T->tag.next; while(p != T)  //按行表顺序,把十字链表中的元素写入二维数组  {  q = p->right;  while(q != p)   {   if(x != q->row && y != q->col)   {    if(x > q->row)   //若该非零元素的行号比x小,其代数余子式对应的元素行号不变      row = q->row;    else          //若该非零元素的行号比x大,其代数余子式对应的元素行号减1      row = q->row-1;    if(y > q->col)   //列号的处理方法与行号相同      col = q->col;    else     col = q->col-1;    Insert(Head, row, col, q->tag.data);     k++;   } //if   q = q->right;  } //  while(q != p)  p = p->tag.next; } //while(p != CrossList1)  Head[0]->row = s; //总表头Head[0]的行域存储矩阵的总行数 Head[0]->col = s; //总表头Head[0]的列域存储矩阵的总列数 Head[1]->row = k-1; //非零元素的个数存储在Head[1]的行域 return Head[0];} void SolveHC(CrossList T, array S[], CrossList HeadRow, int top, int NiXu)//十字链表采用递归方式求行列式的值{ CrossList q; array CS[N];  //栈,存储S[]的拷贝  int k, ctop;  int mul; //存储每一个乘积项的值 int CNiXu; //累积每一个乘积项的逆序数   q = HeadRow->right; while(q != HeadRow) {  ctop = top;   if(Judge(S, q->col, ctop))//如果当前元素的纵坐标不与栈中存储的元素重复,将其入栈  {      S[ctop].x = q->row;   S[ctop].y = q->col;   S[ctop++].data = q->tag.data;   CNiXu = NiXu; //把逆序数复制到CNiXu    for(k=0; k<ctop-1; k++)   {    if(S[ctop-1].y < S[k].y) //累积逆序数     CNiXu++;   }         for(k=0; k<ctop; k++) //复制栈     CS[k] = S[k];   if(HeadRow->right->row < T->row) //如果未分析到该乘积项的最后一个元素,递归继续分析     SolveHC(T, CS, HeadRow->tag.next, ctop, CNiXu);   else  //否则计算该乘积项的值,并存储到栈中    {     if(ctop == T->row)    {     for(mul=1, k=0; k<ctop; k++)      mul *= S[k].data;     if(CNiXu%2==0) //如果逆序数为偶数,该乘积项为正      sum += mul;     else  //否则为负      sum -= mul;        }     } //else    } //if(Judge(S, q->col, ctop))  q = q->right; } //while(q != HeadRow)}

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