动态数组类,写一个矩阵类 - 实现类的构造、析构、拷贝、赋值等基本操作 - 实现矩阵的按元素加减乘除运算,以及矩阵乘法、转置、求逆等运算

时间: 2023-12-19 10:07:31 浏览: 130
好的,下面是一个基于动态数组的矩阵类的实现,包括类的构造、析构、拷贝、赋值等基本操作,以及矩阵的按元素加减乘除运算,矩阵的乘法、转置和求逆等运算: ```c++ #include <iostream> #include <vector> using namespace std; class Matrix { private: int row; int col; vector<vector<double>> data; public: // 构造函数 Matrix(int r, int c, double val = 0) { row = r; col = c; data.resize(row, vector<double>(col, val)); } // 拷贝构造函数 Matrix(const Matrix &other) { row = other.row; col = other.col; data = other.data; } // 析构函数 ~Matrix() {} // 赋值运算符 Matrix &operator=(const Matrix &other) { if (this != &other) { row = other.row; col = other.col; data = other.data; } return *this; } // 矩阵按元素加法 Matrix operator+(const Matrix &other) const { if (row != other.row || col != other.col) { throw "矩阵加法维度不匹配!"; } Matrix result(row, col); for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < col; j++) { result.data[i][j] = data[i][j] + other.data[i][j]; } } return result; } // 矩阵按元素减法 Matrix operator-(const Matrix &other) const { if (row != other.row || col != other.col) { throw "矩阵减法维度不匹配!"; } Matrix result(row, col); for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < col; j++) { result.data[i][j] = data[i][j] - other.data[i][j]; } } return result; } // 矩阵按元素乘法 Matrix operator*(const Matrix &other) const { if (row != other.row || col != other.col) { throw "矩阵乘法维度不匹配!"; } Matrix result(row, col); for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < col; j++) { result.data[i][j] = data[i][j] * other.data[i][j]; } } return result; } // 矩阵按元素除法 Matrix operator/(const Matrix &other) const { if (row != other.row || col != other.col) { throw "矩阵除法维度不匹配!"; } Matrix result(row, col); for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < col; j++) { if (other.data[i][j] == 0) { throw "矩阵除法除数不能为0!"; } result.data[i][j] = data[i][j] / other.data[i][j]; } } return result; } // 矩阵乘法 Matrix operator*(const Matrix &other) const { if (col != other.row) { throw "矩阵乘法维度不匹配!"; } Matrix result(row, other.col); for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < other.col; j++) { for (int k = 0; k < col; k++) { result.data[i][j] += data[i][k] * other.data[k][j]; } } } return result; } // 矩阵转置 Matrix transpose() const { Matrix result(col, row); for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < col; j++) { result.data[j][i] = data[i][j]; } } return result; } // 矩阵求逆 Matrix inverse() const { if (row != col) { throw "非方阵不可求逆!"; } int n = row; Matrix A(*this); Matrix B(n, n); B.eye(); for (int k = 0; k < n; k++) { double max = abs(A.data[k][k]); int index = k; // 找到最大元素所在的行 for (int i = k + 1; i < n; i++) { if (abs(A.data[i][k]) > max) { max = abs(A.data[i][k]); index = i; } } // 如果最大元素为0,则该矩阵不可逆 if (max == 0) { throw "该矩阵不可逆!"; } // 交换第k行和第index行 if (index != k) { for (int j = 0; j < n; j++) { swap(A.data[k][j], A.data[index][j]); swap(B.data[k][j], B.data[index][j]); } } // 使A[k][k]为1 double d = A.data[k][k]; for (int j = 0; j < n; j++) { A.data[k][j] /= d; B.data[k][j] /= d; } // 使A[k][j](j!=k)为0 for (int i = k + 1; i < n; i++) { double d = A.data[i][k]; for (int j = 0; j < n; j++) { A.data[i][j] -= d * A.data[k][j]; B.data[i][j] -= d * B.data[k][j]; } } } // 使A[j][k](j!=k)为0 for (int k = n - 1; k > 0; k--) { for (int i = k - 1; i >= 0; i--) { double d = A.data[i][k]; for (int j = 0; j < n; j++) { A.data[i][j] -= d * A.data[k][j]; B.data[i][j] -= d * B.data[k][j]; } } } return B; } // 单位矩阵 void eye() { if (row != col) { throw "非方阵不可转化为单位矩阵!"; } for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < col; j++) { data[i][j] = (i == j) ? 1 : 0; } } } // 输出矩阵元素 void print() const { for (int i = 0; i < row; i++) { for (int j = 0; j < col; j++) { cout << data[i][j] << "\t"; } cout << endl; } } }; ``` 在这个矩阵类中,我们使用了动态二维数组来存储矩阵的数据。在构造函数中,我们使用了resize()函数来动态分配内存。在拷贝构造函数和赋值运算符中,我们直接复制了矩阵的行列数和数据,而不是使用浅拷贝。 在矩阵的按元素加减乘除运算中,我们首先检查了两个矩阵的维度是否匹配,然后按照对应元素相加减乘除的方式计算结果,并返回一个新的矩阵对象。 在矩阵的乘法运算中,我们首先检查了两个矩阵的维度是否匹配,然后按照矩阵乘法的定义计算结果,并返回一个新的矩阵对象。 在矩阵的转置和求逆运算中,我们使用了一些常见的线性代数算法来实现。需要注意的是,在求逆运算中,我们使用了高斯-约旦消元法来求解矩阵的逆矩阵,该算法的时间复杂度为O(n^3)。 最后,我们还实现了一个输出矩阵元素的函数print(),用于调试和测试。
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