c语言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 12:07:55 浏览: 45
在C语言中,我们可以使用Strassen's Matrix Multiplication Algorithm(施特林矩阵乘法算法)来降低矩阵乘法的复杂度。施特林算法是矩阵乘法的一个分治策略,它将一个大的n×n矩阵分解成4个更小的(n/2)×(n/2)矩阵,然后通过递归和一些复杂的加减操作来计算乘积,其时间复杂度在最坏情况下可以达到O(n^log2(7)),通常认为这比标准的O(n^3)更快。
下面是一个简单的示例,展示了如何使用递归来实现2x2的矩阵乘法。请注意,实际的n×n矩阵乘法需要更复杂的代码结构来处理矩阵划分和合并:
```c
#include <stdio.h>
// 定义矩阵的元素类型
typedef struct {
int data[4];
} mat2;
// 用于表示n*n矩阵,这里n = 2k
typedef struct {
mat2 a;
mat2 b;
mat2 c;
mat2 d;
mat2 e;
mat2 f;
mat2 g;
mat2 h;
} mat4;
// 矩阵乘法函数,适用于2x2的矩阵
void matrix_multiply(mat2 *result, const mat2 *a, const mat2 *b) {
result->data[0] = a->data[0] * b->data[0] + a->data[1] * b->data[2];
result->data[1] = a->data[0] * b->data[1] + a->data[1] * b->data[3];
result->data[2] = a->data[2] * b->data[0] + a->data[3] * b->data[2];
result->data[3] = a->data[2] * b->data[1] + a->data[3] * b->data[3];
}
// 施特林算法的核心部分,对4个子矩阵进行递归
void strassen(mat4 *matrix, const mat4 *a, const mat4 *b) {
if (is_power_of_two(matrix_size)) { // 如果矩阵大小是2的幂次
// ... 具体的矩阵划分和乘法操作 ...
// 将结果合并到原始矩阵的相应位置
} else {
mat4 submatrices[8]; // 子矩阵数组
// 分割矩阵,计算每个子矩阵
for (int i = 0; i < 4; i++) {
for (int j = 0; j < 4; j++) {
submatrices[i * 4 + j] = extract_submatrix(matrix, i, j);
strassen(&submatrices[i * 4 + j], &a->a[i][j], &b->a[i][j]);
}
}
// 合并子矩阵
combine_matrices(matrix, submatrices);
}
}
// 更多辅助函数如分割和合并矩阵,判断是否为2的幂等...
int main() {
// 初始化矩阵...
mat4 A, B, C;
strassen(&C, &A, &B);
printf("Matrix product: ");
print_matrix(C.a); // 输出乘积矩阵
return 0;
}
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