C++ M*N阶矩阵方差、特征值、特征向量、均值求解

时间: 2023-07-10 16:42:44 浏览: 333
要求解一个M*N阶矩阵的方差、特征值、特征向量、均值,可以使用以下步骤: 1. 计算矩阵的均值向量,即将每一列的元素相加并除以元素个数,得到一个N维向量。 2. 将矩阵的每一列减去均值向量,得到一个新的矩阵。 3. 计算新矩阵的协方差矩阵,即将新矩阵乘以其转置矩阵,再除以元素个数。 4. 计算协方差矩阵的特征值和特征向量,可以使用特征值分解或者奇异值分解等方法。 5. 特征值即为方差,特征向量即为矩阵的主成分。可以选择前k个主成分来进行降维处理。 下面是一个C++代码示例: ```c++ #include <iostream> #include <iomanip> #include <cmath> using namespace std; const double EPS = 1e-8; int n, m; double a[1010][1010], mean[1010], cov[1010][1010], eig[1010], eigv[1010][1010]; void printMatrix(double mat[][1010], int n, int m) { cout << fixed << setprecision(2); for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { cout << mat[i][j] << " "; } cout << endl; } } void printVector(double vec[], int n) { cout << fixed << setprecision(2); for (int i = 0; i < n; i++) { cout << vec[i] << " "; } cout << endl; } void calcMean() { for (int j = 0; j < m; j++) { double sum = 0.0; for (int i = 0; i < n; i++) { sum += a[i][j]; } mean[j] = sum / n; } } void calcCov() { for (int j = 0; j < m; j++) { for (int k = 0; k < m; k++) { double sum = 0.0; for (int i = 0; i < n; i++) { sum += (a[i][j] - mean[j]) * (a[i][k] - mean[k]); } cov[j][k] = sum / n; } } } bool jacobi(double mat[][1010], int n, double eig[], double eigv[][1010]) { const int MAX_ITER = 100; const double TOL = 1e-8; double b[1010]; double z[1010]; double d[1010]; for (int ip = 0; ip < n; ip++) { for (int iq = 0; iq < n; iq++) { eigv[ip][iq] = 0.0; } eigv[ip][ip] = 1.0; } for (int ip = 0; ip < n; ip++) { b[ip] = d[ip] = mat[ip][ip]; eig[ip] = mat[ip][ip]; z[ip] = 0.0; } for (int i = 0; i < MAX_ITER; i++) { double sm = 0.0; for (int ip = 0; ip < n - 1; ip++) { for (int iq = ip + 1; iq < n; iq++) { sm += fabs(mat[ip][iq]); } } if (sm < TOL) { return true; } double tresh = (i < 3) ? (0.2 * sm / (n * n)) : 0.0; for (int ip = 0; ip < n - 1; ip++) { for (int iq = ip + 1; iq < n; iq++) { double g = 100.0 * fabs(mat[ip][iq]); if (i > 3 && fabs(d[ip]) + g == fabs(d[ip]) && fabs(d[iq]) + g == fabs(d[iq])) { mat[ip][iq] = 0.0; } else if (fabs(mat[ip][iq]) > tresh) { double h = d[iq] - d[ip]; double t; if (fabs(mat[ip][iq]) < EPS) { t = mat[ip][iq] / h; } else { double theta = 0.5 * h / mat[ip][iq]; t = 1.0 / (fabs(theta) + sqrt(1.0 + theta * theta)); if (theta < 0.0) { t = -t; } } double c = 1.0 / sqrt(1 + t * t); double s = t * c; double tau = s / (1.0 + c); h = t * mat[ip][iq]; z[ip] -= h; z[iq] += h; d[ip] -= h; d[iq] += h; mat[ip][iq] = 0.0; for (int j = 0; j < ip; j++) { g = mat[j][ip]; h = mat[j][iq]; mat[j][ip] = g - s * (h + g * tau); mat[j][iq] = h + s * (g - h * tau); } for (int j = ip + 1; j < iq; j++) { g = mat[ip][j]; h = mat[j][iq]; mat[ip][j] = g - s * (h + g * tau); mat[j][iq] = h + s * (g - h * tau); } for (int j = iq + 1; j < n; j++) { g = mat[ip][j]; h = mat[iq][j]; mat[ip][j] = g - s * (h + g * tau); mat[iq][j] = h + s * (g - h * tau); } for (int j = 0; j < n; j++) { g = eigv[j][ip]; h = eigv[j][iq]; eigv[j][ip] = g - s * (h + g * tau); eigv[j][iq] = h + s * (g - h * tau); } } } } for (int ip = 0; ip < n; ip++) { b[ip] += z[ip]; d[ip] = b[ip]; z[ip] = 0.0; } } return false; } int main() { cin >> n >> m; for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { cin >> a[i][j]; } } calcMean(); cout << "Mean Vector:" << endl; printVector(mean, m); calcCov(); cout << "Covariance Matrix:" << endl; printMatrix(cov, m, m); jacobi(cov, m, eig, eigv); cout << "Eigenvalues:" << endl; printVector(eig, m); cout << "Eigenvectors:" << endl; printMatrix(eigv, m, m); return 0; } ``` 这段代码可以计算一个M*N阶矩阵的均值向量、协方差矩阵、特征值、特征向量。其中,使用了Jacobi方法来进行特征值和特征向量的计算。
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