• matrix矩阵求逆 与解方程模板 留做备用 (有bug,待补充)


      1 //
      2 //  main.cpp
      3 //  矩阵求逆
      4 //
      5 //  Created by 唐 锐 on 13-6-20.
      6 //  Copyright (c) 2013年 唐 锐. All rights reserved.
      7 //
      8 
      9 #include<iostream>
     10 #include<algorithm>
     11 #include<iomanip>
     12 #include<string>
     13 #include<sstream>
     14 #include<cmath>
     15 #include<vector>
     16 using namespace std;
     17 namespace MATRIX {
     18     const double eps = 1e-5;
     19     template<typename T>
     20     class matrix
     21     {
     22         vector<vector<T>>m;
     23         int check()
     24         {
     25             if(m.empty())return 0;
     26             for(int i=1;i<m.size();i++)
     27                 if(m[i].size()!=m[0].size())
     28                     return 0;
     29             return 1;
     30         };
     31         matrix wrong()
     32         {
     33             matrix mat;
     34             mat.m.clear();
     35             vector<T>vec(1,-1);
     36             mat.m.push_back(vec);
     37             return mat;
     38         }
     39     public:
     40         T at(int i,int j)
     41         {
     42             return m[i][j];
     43         }
     44         vector<T>& operator [](const int i) const
     45         {
     46             return m[i];
     47         }
     48         int size()
     49         {
     50             return m.size();
     51         }
     52         istream &input(istream& in)
     53         {
     54             do {
     55                 m.clear();
     56                 string s;
     57                 while(getline(in,s))
     58                 {
     59                     if(s=="")break;
     60                     istringstream temp(s);
     61                     T t;
     62                     vector<T> v ;
     63                     while(temp>>t)
     64                         v.push_back(t);
     65                     m.push_back(v);
     66                 }
     67             } while(!check());
     68             return in;
     69         }
     70         ostream &output(ostream& out) const
     71         {
     72             for(int i=0;i<m.size();i++)
     73             {
     74                 for(int j=0;j<m[i].size();j++)
     75                 {
     76                     out<<m[i][j]<<' ';
     77                 }
     78                 out<<endl;
     79             }
     80             return out;
     81         }
     82         friend inline istream& operator>>(istream& in,matrix& m)
     83         {
     84             return m.input(in);
     85         }
     86         friend inline ostream& operator<<(ostream& out,const matrix& m)
     87         {
     88             return m.output(out);
     89         }
     90         void eye(int n,int k=-1)
     91         {
     92             if(k==-1)k=n;
     93             m.clear();
     94             vector<T> vec(k,0);
     95             vector<vector<T>> mat(n,vec);
     96             for(int i=0;i<n&&i<k;i++) mat[i][i]=1;
     97             m=mat;
     98         }
     99         
    100         matrix inv()
    101         {
    102             if(m.size()!=m[0].size())return wrong();
    103             matrix ans;
    104             vector<vector<T>>cp=m;
    105             ans.eye((int)m.size());
    106             for(int i=0;i<cp.size();i++)
    107             {
    108                 if(fabs(cp[i][i])<eps)
    109                     for(int j=i+1;j<cp.size();j++)
    110                     {
    111                         if(fabs(cp[j][i])>eps)
    112                         {
    113                             swap(cp[i],cp[j]);
    114                             break;
    115                         }
    116                         if(j==cp.size()-1) return wrong();
    117                     }
    118                 for(int j=i+1;j<cp.size();j++)
    119                 {
    120                     T k=cp[j][i]/cp[i][i];
    121                     for(int l=0;l<cp[i].size();l++)
    122                     {
    123                         cp[j][l]-=k*cp[i][l];
    124                         ans.m[j][l]-=k*ans.m[i][l];
    125                     }
    126                 }
    127             }
    128             
    129             for(int i=(int)cp.size()-1;i>=0;i--)
    130             {
    131                 for(int j=i-1;j>=0;j--)
    132                 {
    133                     T k=cp[j][i]/cp[i][i];
    134                     
    135                     for(int l=0;l<cp[i].size();l++)
    136                     {
    137                         cp[j][l]-=k*cp[i][l];
    138                         ans.m[j][l]-=k*ans.m[i][l];
    139                     }
    140                 }
    141             }
    142             for(int i=0;i<cp.size();i++)
    143                 for(int j=0;j<cp[i].size();j++)
    144                 {
    145                     ans.m[i][j]/=cp[i][i];
    146                 }
    147             return ans;
    148         }
    149         vector<T>solve(vector<T>v)
    150         {
    151             vector<T> wrong;
    152             vector<int>turn;
    153             for(int i=0;i<v.size();i++)
    154                 turn.push_back(i);
    155             if(m[0].size()!=v.size())return wrong;
    156             vector<T> ans(v.size(),0);
    157             vector<vector<T>>cp=m;
    158             for(int i=0;i<cp.size();i++)
    159             {
    160                 if(fabs(cp[i][i])<eps)
    161                     for(int j=i+1;j<cp.size();j++)
    162                     {
    163                         if(fabs(cp[j][i])>eps)
    164                         {
    165                             swap(cp[i],cp[j]);
    166                             swap(v[i],v[j]);
    167                             swap(turn[i],turn[j]);
    168                             break;
    169                         }
    170                         if(j==cp.size()-1) return wrong;
    171                     }
    172                 for(int j=i+1;j<cp.size();j++)
    173                 {
    174                     T k=cp[j][i]/cp[i][i];
    175                     for(int l=0;l<cp[i].size();l++)
    176                     {
    177                         cp[j][l]-=k*cp[i][l];
    178                     }
    179                     v[j]-=k*v[i];
    180                 }
    181             }
    182             for(int i=(int)cp.size()-1;i>=0;i--)
    183             {
    184                 for(int j=i-1;j>=0;j--)
    185                 {
    186                     T k=cp[j][i]/cp[i][i];
    187                     
    188                     for(int l=0;l<cp[i].size();l++)
    189                     {
    190                         cp[j][l]-=k*cp[i][l];
    191                     }
    192                     v[j]-=k*v[i];
    193                 }
    194             }
    195             for(int i=0;i<v.size();i++)
    196             {
    197                 ans[turn[i]]=v[i]/cp[i][i];
    198                 if(fabs(ans[turn[i]])<eps)
    199                     ans[turn[i]]=0;
    200             }
    201             return ans;
    202         }
    203         
    204     };
    205     template <typename T>
    206     ostream &operator<<(ostream& out,const vector<T>& v)
    207     {
    208         for(int i=0;i<v.size();i++)
    209         {
    210             if(i)out<<' ';
    211             out<<v[i];
    212         }
    213         return out;
    214     }
    215     
    216 }
    217 using namespace MATRIX;
    218 int main()
    219 {
    220     matrix<double> m;
    221     double t;
    222     vector<double> v;
    223     while(cin>>m)
    224     {
    225         for(int i=0;i<m.size();i++)
    226         {
    227             cin>>t;
    228             v.push_back(t);
    229         }
    230         vector<double>ans=m.solve(v);
    231         cout<<ans<<endl;
    232     }
    233 }
    234 
    235 /* matrix 1
    236  
    237  1 2 0 0
    238  3 4 0 0
    239  0 0 4 1
    240  0 0 3 2
    241  
    242  matrix 2
    243  
    244  1 0 -1 2 1
    245  3 2 -3 5 3
    246  2 2 1 4 -2
    247  0 4 3 3 1
    248  1 0 8 -11 4
    249  
    250  matrix 3
    251  
    252  1 0 -1 2 1 0 2
    253  1 2 -1 3 1 -1 4
    254  2 2 1 6 2 1 6
    255  -1 4 1 4 0 0 0
    256  4 0 -1 21 9 9 9
    257  2 4 4 12 5 6 11
    258  7 -1 -4 22 7 8 18
    259  
    260  matrix 4
    261  
    262  4 2 -3 -1 2 1 0 0 0 0
    263  8 6 -5 -3 6 5 0 1 0 0
    264  4 2 -2 -1 3 2 -1 0 3 1
    265  0 -2 1 5 -1 3 -1 1 9 4
    266  -4 2 6 -1 6 7 -3 3 2 3
    267  8 6 -8 5 7 17 2 6 -3 5
    268  0 2 -1 3 -4 2 5 3 0 1
    269  16 10 -11 -9 17 34 2 -1 2 2
    270  4 6 2 -7 13 9 2 0 12 4
    271  0 0 -1 8 -3 -24 -8 6 3 -1
    272  
    273  vector 1
    274  
    275  5 12 3 2 3 46 13 38 19 -21
    276  
    277  */
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