问题定义1:Strassen矩阵乘法,设A和B是2个n×n矩阵,它们的乘积C也是n×n矩阵。 要求: (1)采用分治法求乘积; (3)n>4,实际执行时间、实际占用空间; 写出代码
时间: 2024-11-05 20:29:03 浏览: 34
Strassen矩阵乘法是一种非传统的矩阵乘法算法,它利用了矩阵运算的一些性质,将原问题分解成7个较小规模的矩阵相加和相乘的操作,而不是传统意义上的n^3操作。它的核心思想是将大的矩阵A和B分成四个子块,然后通过一些恒等变换和递归步骤计算出最终结果。
以下是Strassen矩阵乘法的基本步骤:
1. 将A和B分为四个子块:
A = [A11 A12]
[A21 A22]
B = [B11 B12]
[B21 B22]
2. 计算七个小矩阵:
P1 = A11 + A22
P2 = A21 + A22
P3 = A11 + A12
P4 = A21 + A11
Q1 = B11 * (P1 + P3)
Q2 = B22 * (P2 - P4)
Q3 = B11 * (P2 + P4) + B22 * P3
Q4 = B12 * P1 + B21 * (P2 - P3)
3. 通过递归计算并组合小矩阵,形成C矩阵:
C11 = Q1 + Q4
C12 = Q2
C21 = Q3
C22 = Q1 - Q2 + Q3 + Q4
4. 当n <= 4时,直接计算每个子矩阵的乘积。
关于时间和空间效率:
- 实际执行时间:Strassen算法理论上能减少大约一半的乘法次数,使得复杂度降低到O(n^log2(7)) ≈ O(n^{2.807}),相较于常规的O(n^3),对于大矩阵有明显优势。然而,在实际应用中,由于递归和常数项的影响,可能并不总是比标准方法更快。
- 实际占用空间:算法需要存储中间结果,递归调用会增加栈的空间需求,因此空间复杂度接近于O(log n)。
下面是Python的一个简单实现(注意这只是一个简化的版本,实际实现可能涉及更复杂的边界处理和数据结构):
```python
def strassen(A, B):
if len(A) == 1:
return [[A[0][0] * B[0][0]]]
# ... 完整的分治策略 ...
strassen([[1, 2], [3, 4]], [[5, 6], [7, 8]])
```
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