?? goodtutorialonc++templateforbeginners.txt
字號:
-Good tutorial on C++ Template for beginnersC++寫的通用矩陣類CMatrix
關(guān)鍵詞： 矩陣 矩陣運(yùn)算 數(shù)值方法
在編寫數(shù)值計(jì)算的時候經(jīng)常會用到矩陣和矩陣相關(guān)的操作，每次都從重新寫，煩不勝煩，在前些日子在編寫程序計(jì)算高速飛行器再入大氣層時翼粱受熱的溫度場時，寫了一個通用的矩陣類CMatrix，封裝了常用的一些算法，還有很多算法，暫時沒空寫。
CMatrix類的基本功能:
1.內(nèi)存管理一律根據(jù)實(shí)際需要的大小在堆中動態(tài)分配內(nèi)存。
2.邊界檢查。如果數(shù)組下標(biāo)超越了數(shù)組大小界限，會給出警告信息，可以防止非法內(nèi)存訪問以及方便程序的調(diào)試。
3.重載了+,-,*,+=,-=,數(shù)乘等常見運(yùn)算符；
4.可以保存數(shù)組為二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件和文本文件兩種形式，也可以從二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件和文本文件讀取數(shù)據(jù)到數(shù)組。
5.實(shí)現(xiàn)了和矩陣相關(guān)的線性代數(shù)方程組求解算法。一是高斯選主元消去法二是針對三對角矩陣的追趕法。
6.靜態(tài)函數(shù)Bspline3()：3次B樣條曲線插值算法。
頭文件Matrix.h;
// Matrix.h: interface for the CMatrix class.
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
#if !defined(AFX_MATRIX_H__E7F9EF3A_5FEB_41C3_B3A4_C909D4E45F02__INCLUDED_)
#define AFX_MATRIX_H__E7F9EF3A_5FEB_41C3_B3A4_C909D4E45F02__INCLUDED_
#if _MSC_VER > 1000
#pragma once
#endif // _MSC_VER > 1000
#include "math.h"
#include "afxtempl.h"
#define DOUBLE double
class CMatrix : public CObject
{
//構(gòu)造函數(shù)；
public:
CMatrix(const CMatrix& m);
CMatrix();
CMatrix(int row,int col);
CMatrix(DOUBLE dbArrary[],int n,BOOL bAsRow);
//運(yùn)算符重載；
DOUBLE& operator()(int i, int j);
CMatrix operator+(const CMatrix& M);
CMatrix operator+(const DOUBLE& x);
void operator+=(const CMatrix& M);
CMatrix operator-(const CMatrix& M);
CMatrix operator-(const DOUBLE& x);
void operator-=(const CMatrix& M);
CMatrix operator=(const CMatrix& M);
CMatrix operator*(const CMatrix& M);
CMatrix operator*(const DOUBLE& x);
void Diag(DOUBLE a, DOUBLE b, DOUBLE c);
void Draw(CDC* pDC,CPoint Pos=CPoint(0,0));
virtual ~CMatrix();
void Serialize(CArchive& ar);
protected:
int nRow;//行數(shù)；
int nCol;//列數(shù)；
DOUBLE** Val;
void allocMemory(int m,int n);
void freeMemory(void);
void reallocm(int row,int col);
private:
//void GetParam(DOUBLE Vx[],DOUBLE Vy[],int n,DOUBLE* h,DOUBLE* f,DOUBLE* u,DOUBLE* r,DOUBLE* ff,DOUBLE*d);
int findMainElem(int row);
void exchangeRow(int i,int j);
public:
BOOL LoadMatrix();
BOOL LoadMatrix(CString strPath);
int GetColSize();
int GetRowSize();
void GetSize(int& m,int& n);
void SetSize(int row,int cor);
BOOL SaveMatrix(CString strPath,BOOL bAscii=true);
BOOL SaveMatrix(BOOL bAscii=true);
static DOUBLE* Bspline3(DOUBLE xi[], int m,DOUBLE Vx[], DOUBLE Vy[], int n);
static DOUBLE Bspline3(DOUBLE xi,DOUBLE Vx[],DOUBLE Vy[],int n);
BOOL ReadMatrix(char c=' ');
BOOL ReadMatrix(CString strFilePath,char c=' ');
void chase_EQ(DOUBLE* pb);
void GSElimin_EQ(DOUBLE* pb,DOUBLE TOL=1e-6);
void Multiply(DOUBLE a);
void SetValue(DOUBLE a);
//DOUBLE max(DOUBLE a,DOUBLE b);
protected:
DECLARE_SERIAL(CMatrix)
};
#endif // !defined(AFX_MATRIX_H__E7F9EF3A_5FEB_41C3_B3A4_C909D4E45F02__INCLUDED_)
實(shí)現(xiàn)文件:Matrix.cpp；
// Matrix.cpp: implementation of the CMatrix class.
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
#include "stdafx.h"
#include "Matrix.h"
#include "math.h"
#ifdef _DEBUG
#undef THIS_FILE
static char THIS_FILE[]=__FILE__;
#define new DEBUG_NEW
#endif
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Construction/Destruction
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
IMPLEMENT_SERIAL(CMatrix,CObject,1)
void GetA(DOUBLE* u,DOUBLE* r,DOUBLE* d,CMatrix& A)
{
int i,j;
i=A.GetRowSize();
A(0,0)=2;A(0,1)=r[1];
for(j=1;j<=i-2;j++)
{
A(j,j)=2;
A(j,j-1)=u[j+1];
A(j,j+1)=r[j+1];
}
A(i-1,i-1)=2;A(i-1,i-2)=u[i];
}
void GetParam(DOUBLE Vx[], DOUBLE Vy[], int n, DOUBLE *h, DOUBLE *f, DOUBLE *u, DOUBLE *r, DOUBLE *ff, DOUBLE *d)
{
int i;
for(i=0;i<=n-2;i++)
{
h[i]=Vx[i+1]-Vx[i];
f[i]=(Vy[i+1]-Vy[i])/h[i];
}
for(i=1;i<=n-2;i++)
{
u[i]=h[i-1]/(h[i-1]+h[i]);
r[i]=1-u[i];
ff[i]=(f[i-1]-f[i])/(Vx[i-1]-Vx[i+1]);
d[i]=6*ff[i];
}
}
CMatrix::CMatrix()
{
nRow=0;
nCol=0;
Val=NULL;
//這一句初始化非常重要，如果不初始化，Val的值是隨機(jī)值；
//初始化之后，可以方便以后判斷是否已經(jīng)分配過內(nèi)存；
}
CMatrix::CMatrix(int row,int col)
{
nRow=row;
nCol=col;
Val=new DOUBLE* [nRow];
VERIFY(Val!=NULL);
for(int i=0;i<nRow;i++)
{
Val[i]=new DOUBLE [nCol];
VERIFY(Val!=NULL);
}
}
CMatrix::CMatrix(DOUBLE dbArray[],int n,BOOL bAsRow)
{
int i;
if(bAsRow)
{
nRow=1;
nCol=n;
Val=new DOUBLE* [nRow];
VERIFY(Val!=NULL);
for(i=0;i<nRow;i++)
Val[i]=new DOUBLE [nCol];
for(i=0;i<=n-1;i++)
Val[0][i]=dbArray[i];
}
else
{
nRow=n;
nCol=1;
Val=new DOUBLE* [nRow];
for( i=0;i<nRow;i++)
Val[i]=new DOUBLE [nCol];
for(i=0;i<=n-1;i++)
Val[i][0]=dbArray[i];
}
}
CMatrix::~CMatrix()
{
if(Val!=NULL)
{
for(int i=0;i<nRow;i++)
{
delete [] Val[i];
Val[i]=NULL;
}
delete [] Val;
Val=NULL;
}
}
//拷貝構(gòu)造函數(shù)；
CMatrix::CMatrix(const CMatrix &m)
{
nRow=m.nRow;
nCol=m.nCol;
Val=new DOUBLE* [nRow];
for(int i=0;i<nRow;i++)
{
Val[i]=new DOUBLE [nCol];
memcpy(Val[i],m.Val[i],nCol*sizeof(DOUBLE));
}
}
void CMatrix::Serialize(CArchive &ar)
{
CObject::Serialize(ar);
if(ar.IsStoring())
{
ar<<nRow<<nCol;
for(int i=0;i<nRow;i++)
{
for(int j=0;j<nCol;j++)
{
ar<<Val[i][j];
}
}
}
else
{
int row,col;
ar>>row>>col;
SetSize(row,col);
for(int i=0;i<row;i++)
{
for(int j=0;j<col;j++)
{
ar>>Val[i][j];
}
}
}
}
void CMatrix::Draw(CDC *pDC, CPoint Pos)
{
char ch[200];
CString str;
for(int i=0;i<nRow;i++)
{
for(int j=0;j<nCol;j++)
{
//if(fabs(Val[i][j])>1e3 || fabs(Val[i][j]<1e-3))
//sprintf(ch,"%0.3e",Val[i][j]);
//else
sprintf(ch,"%8.3lf",Val[i][j]);
pDC->TextOut(Pos.x+90*j,Pos.y+20*i,ch);
}
}
}
DOUBLE& CMatrix::operator()(int i, int j)
{
if(i>=nRow||j>=nCol)
{
AfxMessageBox("** 警告：數(shù)組越界! **");
exit(0);
}
return Val[i][j];
}
void CMatrix::SetSize(int row, int col)
{
//重新設(shè)置數(shù)組的大小；原有的保持不變；增加的置0；
int i,j,oldRow,oldCol;
oldRow=nRow;
oldCol=nCol;
if(nRow!=row || nCol!=col)
reallocm(row,col);
if((row>oldRow)&&(col<=oldCol))//行增大，列減小；
{
for(int i=oldRow;i<row;i++)
for(int j=0;j<col;j++)
Val[i][j]=0.0;
}
if((col>oldCol)&&(row<=oldRow))//列增大，行減小；
{
for(i=0;i<row;i++)
for(j=oldCol;j<col;j++)
Val[i][j]=0.0;
}
if(row>oldRow && col>oldCol)//行，列均增大；
{
for(i=oldRow;i<row;i++)
{
for(j=0;j<col;j++)
Val[i][j]=0.0;
}
for(i=0;i<oldRow;i++)
for(j=oldCol;j<col;j++)
Val[i][j]=0.0;
}
}
void CMatrix::reallocm(int row, int col)
{
//重新調(diào)整矩陣大小；
//如果矩陣擴(kuò)大，原矩陣與新矩陣對應(yīng)位置的值不變，擴(kuò)大部分的值為隨機(jī)值；
//如果矩陣減小，對應(yīng)位置的值保持不變；
if((this->nRow)==row && (this->nCol)==col)
return;
DOUBLE** Val1=new DOUBLE* [row];
for(int i=0;i<row;i++)
Val1[i]=new DOUBLE[col];
int colSize=min(nCol,col)*sizeof(DOUBLE);
int minRow=min(nRow,row);
for(i=0;i<minRow;i++)
memcpy(Val1[i],Val[i],colSize);
for(i=0;i<nRow;i++)
delete [] Val[i];
delete [] Val;
nRow=row;
nCol=col;
Val=Val1;
return;
}
CMatrix CMatrix::operator+(const CMatrix& M)
{
if(nRow==M.nRow && nCol==M.nCol)
{
CMatrix s(nRow,nCol);
for(int i=0;i<nRow;i++)
for(int j=0;j<nCol;j++)
s.Val[i][j]=this->Val[i][j]+M.Val[i][j];
return s;
}
else
{
AfxMessageBox("不滿足數(shù)組相加的條件");
exit(0);
}
}
CMatrix CMatrix::operator+(const DOUBLE& x)
{
CMatrix s(nRow,nCol);
for(int i=0;i<nRow;i++)
for(int j=0;j<nCol;j++)
s.Val[i][j]+=x;
return s;
}
void CMatrix::operator+=(const CMatrix& M)
{
if(M.nRow==nRow && M.nCol==nCol)
{
for(int i=0;i<nRow;i++)
for(int j=0;j<nCol;j++)
Val[i][j]+=M.Val[i][j];
}
else
{
AfxMessageBox("數(shù)組維數(shù)不相等，不能相加");
exit(0);
}
}
CMatrix CMatrix::operator-(const CMatrix& M)
{
if(nRow==M.nRow && nCol==M.nCol)
{
CMatrix s(nRow,nCol);
for(int i=0;i<nRow;i++)
for(int j=0;j<nCol;j++)
s.Val[i][j]=this->Val[i][j]-M.Val[i][j];
return s;
}
else
{
int r=max(nRow,M.nRow);
int c=max(nCol,M.nCol);
CMatrix a(*this);
CMatrix b(M);
a.SetSize(r,c);
b.SetSize(r,c);
CMatrix s(r,c);
for(int i=0;i<r;i++)
{
for(int j=0;j<c;j++)
s.Val[i][j]=a.Val[i][j]-b.Val[i][j];
}
return s;
}
}
CMatrix CMatrix::operator-(const DOUBLE& x)
{
CMatrix s(nRow,nCol);
for(int i=0;i<nRow;i++)
for(int j=0;j<nCol;j++)
s.Val[i][j]-=x;
return s;
}
void CMatrix::operator-=(const CMatrix& M)
{
if(M.nRow==nRow && M.nCol==nCol)
{
for(int i=0;i<nRow;i++)
for(int j=0;j<nCol;j++)
Val[i][j]-=M.Val[i][j];
}
else
{
AfxMessageBox("數(shù)組維數(shù)不相等，不能相減");
exit(0);
}
}
CMatrix CMatrix::operator*(const CMatrix& M)
{
if(nCol==M.nRow)
{
CMatrix s(nRow,M.nCol);
for(int i=0;i<nRow;i++)
{
for(int j=0;j<M.nCol;j++)
{
s.Val[i][j]=0;
for(int k=0;k<nCol;k++)
s.Val[i][j]+=Val[i][k]*M.Val[k][j];
}
}
return s;
}
else
{
AfxMessageBox("數(shù)組維數(shù)不滿足相乘條件");
exit(0);
}
}
//重載矩陣乘以常數(shù)的運(yùn)算；
//注意：不能寫成“常數(shù)乘以矩陣”的形式；
//即：常數(shù)必須在矩陣后面；
CMatrix CMatrix::operator*(const DOUBLE& x)
{
CMatrix s(nRow,nCol);
for(int i=0;i<nRow;i++)
for(int j=0;j<nCol;j++)
s.Val[i][j]=Val[i][j]*x;
return s;
}
CMatrix CMatrix::operator=(const CMatrix& M)
{
if(this==&M)
return *this;
if(this->nCol==M.nCol && this->nRow==M.nRow)
{
for(int i=0;i<nRow;i++)
for(int j=0;j<nCol;j++)
Val[i][j]=M.Val[i][j];
return *this;
}
else
{
AfxMessageBox("數(shù)組維數(shù)不相等，不能用＝賦值");
exit(0);
}
}
void CMatrix::SetValue(DOUBLE a)
{
for(int i=0;i<nRow;i++)
for(int j=0;j<nCol;j++)
Val[i][j]=a;
}
void CMatrix::Multiply(DOUBLE a)
{
for(int i=0;i<nRow;i++)
for(int j=0;j<nCol;j++)
Val[i][j]=Val[i][j]*a;
}
void CMatrix::Diag(DOUBLE a, DOUBLE b, DOUBLE c)
{
int i;
if(nRow==nCol)
{
this->Multiply(0.0);
Val[0][0]=b;Val[0][1]=c;
Val[nRow-1][nRow-1]=b;Val[nRow-1][nRow-2]=a;
for(i=1;i<=nRow-2;i++)
{
Val[i][i]=b;
Val[i][i-1]=a;
Val[i][i+1]=c;
}
}
else
{
AfxMessageBox("** 只有方陣才能轉(zhuǎn)換為Diag標(biāo)準(zhǔn)形 **",MB_ICONSTOP);
exit(0);
}
}
//釋放數(shù)組中Val被分配的內(nèi)存；
void CMatrix::freeMemory()
{
if(Val!=NULL)
{
for(int i=0;i<nRow;i++)
{
delete [] Val[i];
Val[i]=NULL;
}
delete [] Val;
Val=NULL;
}
}
void CMatrix::chase_EQ(DOUBLE *pb)
{
//只有三對角矩陣才可以使用此方法求解；
ASSERT(nRow==nCol);
if(nRow!=nCol)
{
AfxMessageBox("只有方陣才能用追趕法求解");
exit(0);
}
DOUBLE* a=new DOUBLE[nRow];
DOUBLE* b=new DOUBLE[nRow];
DOUBLE* c=new DOUBLE[nRow];
DOUBLE* u=new DOUBLE[nRow];
DOUBLE* l=new DOUBLE[nRow];
//a[0],c[nRow-1] 不能被使用
b[0]=Val[0][0];
c[0]=Val[0][1];
int i;
for(i=1;i<nRow-1;i++)
{
b[i]=Val[i][i];
a[i]=Val[i][i-1];
c[i]=Val[i][i+1];
}
a[nRow-1]=Val[nRow-1][nRow-1-1];
b[nRow-1]=Val[nRow-1][nRow-1];
u[0]=b[0];
//l[0] useless;
for(i=1;i<nRow;i++)
{
?? 快捷鍵說明
復(fù)制代碼
Ctrl + C
搜索代碼
Ctrl + F
全屏模式
F11
切換主題
Ctrl + Shift + D
顯示快捷鍵
?
增大字號
Ctrl + =
減小字號
Ctrl + -