请使用c语言程序使用 Householder变换方法 把下述矩阵A进行一次QR分解,求出上三角矩阵R,并验证Q为正交矩阵 A={9 7 5 3 1 7 2 4 6 8 5 4 10 12 14 3 6 12 11 13 1 8 14 13 15}
时间: 2024-12-11 19:42:45 浏览: 12
在C语言中,使用Householder反射法对矩阵进行QR分解可以分为两个步骤:首先生成Householder反射向量,然后利用这个向量构建上三角矩阵R并更新列向量。由于这里是一个文本平台,我将提供一个简化的伪代码描述过程,实际编写代码需要更详细的数值计算库支持,比如`lapack`或`armadillo`等。
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
typedef struct {
double data[16];
} Matrix;
// Householder反射向量构造函数
Matrix householder_reflection(double *vector, int n) {
double norm = vector[n - 1];
for (int i = 0; i < n - 1; ++i) {
if (fabs(vector[i]) > fabs(norm)) {
norm = vector[i];
}
}
norm = -norm;
// 归一化并填充向量
double scale = 1 / sqrt(1 + norm * norm);
for (int i = n - 1; i >= 0; --i) {
vector[i] *= scale;
}
vector[n - 1] += norm * scale;
return (Matrix){vector};
}
// QR分解函数
void qr_decomposition(Matrix A, Matrix *Q, Matrix *R) {
int m = 4, n = 15;
for (int j = 0; j < n; ++j) {
Matrix reflector = householder_reflection(A.data + j, j);
// 更新行
for (int k = j; k < n; ++k) {
double factor = reflector.data[k - j];
for (int l = j; l < n; ++l) {
A.data[l] -= factor * A.data[l + k - j];
}
}
// 将反射作用于上半部分
for (int i = 0; i < j; ++i) {
A.data[i] /= A.data[j];
}
// 移动到结果矩阵R中
R->data[j * n + j] = A.data[j];
}
// 保存正交矩阵Q
*Q = A;
}
// 验证正交性
double check_orthogonality(Matrix Q) {
int n = 4;
double det = 1.0;
for (int i = 0; i < n; ++i) {
for (int j = i + 1; j < n; ++j) {
det *= Q.data[i] * Q.data[j];
}
det *= -1;
}
return fabs(det - 1); // 返回与单位矩阵差异的绝对值
}
int main() {
Matrix A = { /* 输入矩阵A的元素 */ };
Matrix Q, R;
qr_decomposition(A, &Q, &R);
// 输出R的部分以及检查Q是否接近正交
printf("上三角矩阵R:\n");
for (int i = 0; i < n; ++i) {
for (int j = 0; j <= i; ++j) {
printf("%.2f ", R.data[i * n + j]);
}
printf("\n");
}
printf("正交矩阵Q的近似正交性误差: %.6f\n", check_orthogonality(Q));
return 0;
}
```
请注意,这只是一个简化版的示例,实际的代码实现需要处理边界条件、数据类型转换和其他细节。运行此程序前,请确保已经链接了必要的数值计算库。
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