?? matrix.cpp
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#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <string.h>
#include <fstream.h>
// 本程序?qū)崿F(xiàn)matrix類
// 對matrix類的定義
#include "matrix.h"
matrix::matrix(buffer * b): // 缺省構(gòu)造函數(shù)，產(chǎn)生0行0列空矩陣
rownum(0),colnum(0),istrans(0),isneg(0),issym(0)
{
if(b){ // 如用戶給出b，則使用b作為數(shù)據(jù)緩存
buf=b;
buf->alloc(0);
}
else // 否則，產(chǎn)生一個新的緩存，類別是當(dāng)前缺省的緩存類
buf = getnewbuffer(0);
}
matrix::matrix(size_t n, buffer * b): // 產(chǎn)生n階單位方陣
rownum(n),colnum(1),istrans(0),isneg(0),issym(0)
{
if(b){ // 如用戶給出b，則使用b作為數(shù)據(jù)緩存
buf=b;
buf->alloc(n);
}
else // 否則，產(chǎn)生一個新的緩存，類別是當(dāng)前缺省的緩存類
buf = getnewbuffer(n);
}
matrix unit(size_t n) // 產(chǎn)生n階單位矩陣
{
if(n==0) throw TMESSAGE("n must larger than 0\n");
matrix m(n,n);
for(size_t i=0; i<n; i++)
for(size_t j=0; j<n; j++)
if(i==j) m.set(i,j,1.0);
else m.set(i,j,0.0);
m.issym = 1;
return m;
}
matrix::matrix(size_t r, size_t c, buffer * b):
rownum(r),colnum(c),istrans(0),isneg(0),issym(0)
{
if(b){ // 如用戶給出b，則使用b作為數(shù)據(jù)緩存
buf=b;
buf->alloc(r*c);
}
else // 否則，產(chǎn)生一個新的緩存，類別是當(dāng)前缺省的緩存類
buf = getnewbuffer(r*c);
}
matrix::matrix(matrix& m) // 拷貝構(gòu)造函數(shù)
{
rownum = m.rownum; // 拷貝行數(shù)與列數(shù)
colnum = m.colnum;
istrans = m.istrans; // 拷貝轉(zhuǎn)置標(biāo)記
isneg = m.isneg; // 拷貝負(fù)值標(biāo)記
issym = m.issym; // 拷貝對稱標(biāo)記
buf = m.buf; // 設(shè)置指向相同緩存的指針
buf->refnum++; // 緩存的引用數(shù)增1
}
matrix::matrix(const char * filename, buffer * b): // 從數(shù)據(jù)文件構(gòu)造矩陣
istrans(0), isneg(0), issym(0)
{
char label[10];
ifstream in(filename); // 打開文件流
in >> label; // 文件開始必須有matrix關(guān)鍵詞
if(strcmp(label, "matrix")!=0) throw TMESSAGE("format error!");
in >> rownum >> colnum; // 讀取行數(shù)和列數(shù)
if(!in.good()) throw TMESSAGE("read file error!");
// 申請或產(chǎn)生緩存
if(b) { buf=b;
buf->alloc(rownum*colnum);
}
else buf = getnewbuffer(rownum*colnum);
size_t line;
for(size_t i=0; i<rownum; i++) { // 依次按行讀取
in >> line; // 讀行號
if(line != i+1) throw TMESSAGE("format error!");
in.width(sizeof(label));
in >> label; // 行號后跟冒號
if(label[0] != ':') throw TMESSAGE("format error!");
DOUBLE a;
for(size_t j=0; j<colnum; j++) { // 讀取一行數(shù)據(jù)
in >> a;
set(i,j,a);
}
if(!in.good()) throw TMESSAGE("read file error!");
}
checksym(); // 檢查是否為對稱陣
}
matrix::matrix(void * data, size_t r, size_t c, buffer * b):
rownum(r),colnum(c),istrans(0),isneg(0),issym(0) // 數(shù)據(jù)構(gòu)造函數(shù)
{
if(b){
buf=b;
buf->alloc(r*c);
}
else
buf = getnewbuffer(r*c);
DOUBLE * d = (DOUBLE *)data;
for(size_t i=0; i<r*c; i++) // 這里進(jìn)行數(shù)據(jù)拷貝，因此原數(shù)據(jù)的內(nèi)存是可以釋放的
buf->set(i,d[i]);
checksym(); // 檢查是否為對稱陣
}
DOUBLE matrix::operator()(size_t r, size_t c)
{
if(r>= rownum || c>= colnum)
throw TMESSAGE("Out range!");
return value(r,c);
}
matrix& matrix::operator=(matrix& m) // 賦值重載
{
rownum = m.rownum; // 行數(shù)和列數(shù)的拷貝
colnum = m.colnum;
istrans = m.istrans; // 轉(zhuǎn)置標(biāo)志的拷貝
isneg = m.isneg; // 取負(fù)標(biāo)志的拷貝
issym = m.issym; // 對稱標(biāo)志的拷貝
if(buf == m.buf) // 如果原緩存與m的緩存一樣，則返回
return (*this);
buf->refnum--; // 原緩存不同，則原緩存的引用數(shù)減1
if(!buf->refnum)delete buf; // 減1后的原緩存如果引用數(shù)為0，則刪除原緩存
buf = m.buf; // 將原緩存指針指向m的緩存
buf->refnum++; // 新緩存的引用數(shù)增1
checksym(); // 檢查是否為對稱陣
return (*this); // 返回自己的引用
}
matrix& matrix::operator=(DOUBLE a) // 通過賦值運(yùn)算符將矩陣所有元素設(shè)為a
{
if(rownum == 0 || colnum == 0) return (*this);
for(size_t i=0; i<rownum; i++)
for(size_t j=0; j<colnum; j++)
set(i,j,a);
if(rownum == colnum)issym = 1;
return (*this);
}
matrix matrix::operator-() // 矩陣求負(fù)，產(chǎn)生負(fù)矩陣
{
matrix mm(*this);
mm.neg();
return mm;
}
ostream& operator<<(ostream& o, matrix& m) // 流輸出運(yùn)算符
{
// 先輸出關(guān)鍵字matrix,然后是行號，制表符，列號，換行
o << "matrix " << m.rownum << '\t' << m.colnum << endl;
for(size_t i=0; i<m.rownum; i++) { // 依次輸出各行
o<< (i+1) <<':'; // 行號后跟冒號。注意輸出的行號是從1開始
// 是內(nèi)部編程的行號加1
size_t k=8; // 后面輸入一行的內(nèi)容，每次一行數(shù)字超過八個時
// 就換一行
for(size_t j=0; j<m.colnum; j++) {
o<<'\t'<<m.value(i,j);
if(--k==0) {
k=8;
o<<endl;
}
}
o<<endl; // 每行結(jié)束時也換行
}
return o;
}
istream& operator>>(istream& in, matrix& m) // 流輸入運(yùn)算符
{
char label[10];
in.width(sizeof(label));
in >> label; // 輸入matrix關(guān)鍵字
if(strcmp(label, "matrix")!=0)
throw TMESSAGE("format error!\n");
in >> m.rownum >> m.colnum; // 輸入行號和列號
if(!in.good()) throw TMESSAGE("read file error!");
m.buf->refnum--; // 原緩存引用數(shù)減1
if(!m.buf->refnum) delete m.buf; // 如原緩存引用數(shù)為0，則刪去原緩存
m.isneg = m.istrans = 0; // 轉(zhuǎn)置和取負(fù)標(biāo)志清零
m.buf = getnewbuffer(m.rownum*m.colnum); // 按缺省子類產(chǎn)生新緩存
size_t line; // 按矩陣行輸入
for(size_t i=0; i<m.rownum; i++) {
in >> line; // 先輸入行號
if(line != i+1) throw TMESSAGE("format error!\n");
in.width(sizeof(label)); // 行號后應(yīng)跟冒號
in >> label;
if(label[0] != ':') throw TMESSAGE("format error!\n");
DOUBLE a; // 隨后是本行的各個數(shù)值
for(size_t j=0; j<m.colnum; j++) {
in >> a;
m.set(i,j,a);
}
if(!in.good()) throw TMESSAGE("read file error!");
}
m.checksym(); // 檢查是否為對稱陣
return in;
}
matrix& matrix::operator*=(DOUBLE a) // 矩陣數(shù)乘常數(shù)a，結(jié)果放在原矩陣
{
for(size_t i=0; i<rownum; i++)
for(size_t j=0; j<colnum; j++)
set(i,j,a*value(i,j));
return (*this);
}
matrix matrix::operator*(DOUBLE a) // 矩陣數(shù)乘常數(shù)a，原矩陣內(nèi)容不變，返回一新矩陣
{
matrix m(rownum, colnum);
for(size_t i=0; i<rownum; i++)
for(size_t j=0; j<colnum; j++)
m.set(i,j,a*value(i,j));
return m;
}
matrix matrix::operator+(matrix& m) // 矩陣相加，產(chǎn)生一新的矩陣并返回它
{
if(rownum != m.rownum || colnum != m.colnum) // 對應(yīng)行列必須相同
throw TMESSAGE("can not do add of matrix\n");
matrix mm(rownum, colnum); // 產(chǎn)生一同自己同形的矩陣
DOUBLE a;
for(size_t i=0; i<rownum; i++) // 求和
for(size_t j=0; j<colnum; j++)
{
a = value(i,j)+m.value(i,j);
mm.set(i,j,a);
}
mm.checksym(); // 檢查是否為對稱陣
return mm;
}
matrix& matrix::operator+=(matrix &m) // 矩陣求和，自己內(nèi)容改變?yōu)楹?{
DOUBLE a;
for(size_t i=0; i<rownum; i++)
for(size_t j=0; j<colnum; j++)
{
a = value(i,j)+m.value(i,j);
set(i,j,a);
}
checksym(); // 檢查是否為對稱陣
return (*this);
}
matrix matrix::operator+(DOUBLE a) // 矩陣加常數(shù)，指每一元素加一固定的常數(shù)，產(chǎn)生
// 新矩陣，原矩陣不變
{
matrix m(rownum, colnum);
for(size_t i=0; i<rownum; i++)
for(size_t j=0; j<colnum; j++)
m.set(i,j,a+value(i,j));
return m;
}
matrix& matrix::operator+=(DOUBLE a) // 矩陣自身加常數(shù)，自身內(nèi)容改變
{
for(size_t i=0; i<rownum; i++)
for(size_t j=0; j<colnum; j++)
set(i,j,a+value(i,j));
return (*this);
}
matrix operator-(DOUBLE a, matrix& m) { // 常數(shù)減矩陣，產(chǎn)生新的矩陣
return (-m)+a;
};
matrix matrix::operator-(matrix& m) // 矩陣相減，產(chǎn)生新的矩陣
{
matrix mm(*this); // 產(chǎn)生一同自己同形的矩陣
mm += (-m); // 加上相應(yīng)的負(fù)矩陣
return mm;
}
matrix& matrix::operator-=(matrix& m) // 矩陣相減，結(jié)果修改原矩陣
{
(*this) += (-m);
return (*this);
}
matrix matrix::operator*(matrix& m) // 矩陣相乘，原矩陣內(nèi)容不變，產(chǎn)生一新矩陣
{
if(colnum != m.rownum) // 必須滿足相乘條件
throw TMESSAGE("can not multiply!");
matrix mm(rownum,m.colnum); // 計算并產(chǎn)生一合要求的矩陣放乘積
DOUBLE a;
for(size_t i=0; i<rownum; i++) // 計算乘積
for(size_t j=0; j<m.colnum; j++){
a = 0.0;
for(size_t k=0; k<colnum; k++)
a += value(i,k)*m.value(k,j);
mm.set(i,j,a);
}
mm.checksym(); // 檢查是否為對稱陣
return mm; // 返回乘積
}
matrix& matrix::operator*=(matrix& m) // 矩陣相乘，自己修改成積矩陣
{
(*this) = (*this)*m;
return (*this);
}
matrix matrix::t() // 矩陣轉(zhuǎn)置，產(chǎn)生新的矩陣
{
matrix mm(*this);
mm.trans();
return mm;
}
int matrix::isnear(matrix& m, double e) // 檢查二矩陣是否近似相等
{
if(rownum != m.rownum || colnum != m.colnum) return 0;
for(size_t i=0; i< rownum; i++)
for(size_t j=0; j< colnum; j++)
if(fabs(value(i,j)-m.value(i,j)) > e) return 0;
return 1;
}
int matrix::isnearunit(double e) // 檢查矩陣是否近似為單位矩陣
{
if(rownum != colnum) return 0;
return isnear(unit(rownum), e);
}
matrix matrix::row(size_t r) // 提取第r行行向量
{
matrix mm(1, colnum);
for(int i=0; i< colnum; i++)
mm.set(0, i, value(r,i));
return mm;
}
matrix matrix::col(size_t c) // 提取第c列列向量
{
matrix mm(rownum, 1);
for(int i=0; i< rownum; i++)
mm.set(i, value(i, c));
return mm;
}
void matrix::swapr(size_t r1, size_t r2, size_t k) // 交換矩陣r1和r2兩行
{
DOUBLE a;
for(size_t i=k; i<colnum; i++) {
a = value(r1, i);
set(r1, i, value(r2, i));
set(r2, i, a);
}
}
void matrix::swapc(size_t c1, size_t c2, size_t k) // 交換c1和c2兩列
{
DOUBLE a;
for(size_t i=k; i<colnum; i++) {
a = value(i, c1);
set(i, c1, value(i, c2));
set(i, c2, a);
}
}
DOUBLE matrix::maxabs(size_t &r, size_t &c, size_t k) // 求第k行和第k列后的主元及位置
{
DOUBLE a=0.0;
for(size_t i=k;i<rownum;i++)
for(size_t j=k;j<colnum;j++)
if(a < fabs(value(i,j))) {
r=i;c=j;a=fabs(value(i,j));
}
return a;
}
size_t matrix::zgsxy(matrix & m, int fn) // 進(jìn)行主高斯消元運(yùn)算，fn為參數(shù)，缺省為0
/* 本矩陣其實是常數(shù)陣，而矩陣m必須是方陣
?? 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
?
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