设计一个二维矩阵类,成员变量为double*类型,用来存储矩阵中的元素,写出赋值运算符重载(包括+=,-=,*=),拷贝构造函数和构造函数,实现矩阵的转置操作,实现矩阵的逆求解,实现矩阵的行列式运算,矩阵的加减乘操作,利用()运算符重载可以改变某个矩阵元素的值
时间: 2024-03-25 17:36:43 浏览: 59
好的,我来解答你的问题。
首先我们需要设计一个二维矩阵类,成员变量为double*类型,用来存储矩阵中的元素,如下所示:
```c++
class Matrix {
private:
double* data; // 存储矩阵元素的指针
int rows; // 矩阵的行数
int cols; // 矩阵的列数
public:
Matrix(int r, int c); // 构造函数
Matrix(const Matrix& m); // 拷贝构造函数
~Matrix(); // 析构函数
double& operator()(int i, int j); // 重载()运算符
Matrix& operator=(const Matrix& m); // 重载=运算符
Matrix& operator+=(const Matrix& m); // 重载+=运算符
Matrix& operator-=(const Matrix& m); // 重载-=运算符
Matrix& operator*=(double k); // 重载*=运算符
Matrix operator~() const; // 矩阵的转置操作
Matrix operator!() const; // 矩阵的逆求解
double det() const; // 矩阵的行列式运算
friend Matrix operator+(const Matrix& m1, const Matrix& m2); // 矩阵的加法运算
friend Matrix operator-(const Matrix& m1, const Matrix& m2); // 矩阵的减法运算
friend Matrix operator*(const Matrix& m1, const Matrix& m2); // 矩阵的乘法运算
};
```
其中,构造函数、拷贝构造函数和析构函数的实现如下:
```c++
Matrix::Matrix(int r, int c) {
rows = r;
cols = c;
data = new double[rows * cols];
}
Matrix::Matrix(const Matrix& m) {
rows = m.rows;
cols = m.cols;
data = new double[rows * cols];
for (int i = 0; i < rows * cols; i++) {
data[i] = m.data[i];
}
}
Matrix::~Matrix() {
delete[] data;
}
```
接下来,我们需要实现赋值运算符重载、+=、-=、*=运算符重载、转置操作、逆求解、行列式运算、加减乘运算和()运算符重载,具体实现如下:
```c++
double& Matrix::operator()(int i, int j) {
return data[i * cols + j];
}
Matrix& Matrix::operator=(const Matrix& m) {
if (this != &m) {
delete[] data;
rows = m.rows;
cols = m.cols;
data = new double[rows * cols];
for (int i = 0; i < rows * cols; i++) {
data[i] = m.data[i];
}
}
return *this;
}
Matrix& Matrix::operator+=(const Matrix& m) {
assert(rows == m.rows && cols == m.cols);
for (int i = 0; i < rows * cols; i++) {
data[i] += m.data[i];
}
return *this;
}
Matrix& Matrix::operator-=(const Matrix& m) {
assert(rows == m.rows && cols == m.cols);
for (int i = 0; i < rows * cols; i++) {
data[i] -= m.data[i];
}
return *this;
}
Matrix& Matrix::operator*=(double k) {
for (int i = 0; i < rows * cols; i++) {
data[i] *= k;
}
return *this;
}
Matrix Matrix::operator~() const {
Matrix res(cols, rows);
for (int i = 0; i < rows; i++) {
for (int j = 0; j < cols; j++) {
res(j, i) = (*this)(i, j);
}
}
return res;
}
Matrix Matrix::operator!() const {
assert(rows == cols);
Matrix res(rows, cols * 2);
for (int i = 0; i < rows; i++) {
for (int j = 0; j < cols; j++) {
res(i, j) = (*this)(i, j);
}
res(i, i + cols) = 1;
}
for (int i = 0; i < rows; i++) {
assert(res(i, i) != 0);
for (int j = i + 1; j < rows; j++) {
double k = res(j, i) / res(i, i);
for (int l = i; l < cols * 2; l++) {
res(j, l) -= k * res(i, l);
}
}
}
for (int i = rows - 1; i >= 0; i--) {
for (int j = i - 1; j >= 0; j--) {
double k = res(j, i) / res(i, i);
for (int l = i; l < cols * 2; l++) {
res(j, l) -= k * res(i, l);
}
}
}
Matrix ans(rows, cols);
for (int i = 0; i < rows; i++) {
for (int j = 0; j < cols; j++) {
ans(i, j) = res(i, j + cols) / res(i, i);
}
}
return ans;
}
double Matrix::det() const {
assert(rows == cols);
Matrix tmp(*this);
double res = 1;
for (int i = 0; i < rows; i++) {
int p = i;
for (int j = i + 1; j < rows; j++) {
if (fabs(tmp(j, i)) > fabs(tmp(p, i))) {
p = j;
}
}
if (p != i) {
for (int j = i; j < rows; j++) {
swap(tmp(i, j), tmp(p, j));
}
res = -res;
}
res *= tmp(i, i);
if (fabs(tmp(i, i)) < eps) {
return 0;
}
for (int j = i + 1; j < rows; j++) {
double k = tmp(j, i) / tmp(i, i);
for (int l = i; l < rows; l++) {
tmp(j, l) -= k * tmp(i, l);
}
}
}
return res;
}
Matrix operator+(const Matrix& m1, const Matrix& m2) {
assert(m1.rows == m2.rows && m1.cols == m2.cols);
Matrix res(m1.rows, m1.cols);
for (int i = 0; i < m1.rows * m1.cols; i++) {
res.data[i] = m1.data[i] + m2.data[i];
}
return res;
}
Matrix operator-(const Matrix& m1, const Matrix& m2) {
assert(m1.rows == m2.rows && m1.cols == m2.cols);
Matrix res(m1.rows, m1.cols);
for (int i = 0; i < m1.rows * m1.cols; i++) {
res.data[i] = m1.data[i] - m2.data[i];
}
return res;
}
Matrix operator*(const Matrix& m1, const Matrix& m2) {
assert(m1.cols == m2.rows);
Matrix res(m1.rows, m2.cols);
for (int i = 0; i < res.rows; i++) {
for (int j = 0; j < res.cols; j++) {
for (int k = 0; k < m1.cols; k++) {
res(i, j) += m1(i, k) * m2(k, j);
}
}
}
return res;
}
```
最后,我们需要实现()运算符重载,用来改变某个矩阵元素的值,如下所示:
```c++
double& Matrix::operator()(int i, int j) {
return data[i * cols + j];
}
```
以上就是二维矩阵类的设计与实现,您可以根据需要进行修改和完善。
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