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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