算法设计与分析,仿照分治算法中两个大整数相乘的算法策略,完成求解两个n×n阶的矩阵A与B的乘积的运算。n=2k,要求算法复杂度要小于O(n3)。代码
时间: 2024-09-30 15:02:50 浏览: 45
算法设计与分析中的矩阵乘法通常涉及到Strassen's Matrix Multiplication Algorithm(斯特assen矩阵乘法),这是一种分治策略下的并行计算算法,它将两个n×n的矩阵相乘的时间复杂度从传统的O(n^3)降低到O(n^log2(7)),当n接近4的幂时,这个复杂度更优。
这里是一个简单的Python实现,假设已经实现了7x7的子矩阵乘法函数(submatrix_multiply()),实际应用中需要递归地拆分和合并子矩阵:
```python
def matrix_multiply(A, B):
n = len(A)
if n == 1: # 基线条件:单元素矩阵直接相乘
return [[A[0][0] * B[0][0]]]
# 如果n是偶数,可以分为两半
k = n // 2
C = [[0] * n for _ in range(n)] # 初始化结果矩阵
# 使用四个子矩阵乘法的结果填充C
# 根据Strassen算法的四个基本子矩阵相加
P1 = matrix_multiply(A[:k, :k], B[:k, :k])
P2 = matrix_multiply(A[:k, k:], B[k:, :k])
P3 = matrix_multiply(A[k:, :k], B[:k, k:])
P4 = matrix_multiply(A[k:, k:], B[k:, k:])
Q1 = matrix_multiply(P1 + P2, P4 - P3)
Q2 = matrix_multiply(P1 - P2, P3 + P4)
Q3 = P1 + P3
Q4 = P2 + P4
# 将子矩阵结果组合成最终的C矩阵
C[:k, :k] = Q1 + Q2
C[k:, :k] = Q3
C[:k, k:] = Q1 - Q2
C[k:, k:] = Q4
return C
# 示例:给定的矩阵 A 和 B 需要事先定义好
# 这里假设 A 和 B 是2k x 2k 的矩阵,且满足输入格式
```
请注意,虽然这个算法理论上能实现时间复杂度低于O(n^3),但在实际操作中,由于常数因子较大,对于较小的n值,可能不如标准的O(n^3)算法快。而且该算法并不适合所有情况,比如硬件限制、内存访问等因素可能会导致效率下降。
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