c++利用类矩阵逆矩阵

时间: 2023-08-03 21:12:29 浏览: 36
要利用类实现矩阵逆矩阵的计算,需要以下步骤: 1. 定义一个矩阵类,包含矩阵的行数、列数和元素值等信息,以及实现矩阵加减、乘法、转置等基本运算。 2. 实现高斯-约旦消元法(Gauss-Jordan elimination)求解矩阵的逆矩阵。具体步骤如下: - 将原矩阵和单位矩阵按行拼接成增广矩阵; - 对增广矩阵进行初等行变换,将其变为左半部分为单位矩阵的形式; - 右半部分即为所求的逆矩阵。 3. 实现矩阵行列式的计算,以判断矩阵是否可逆。 下面是一个简单的示例代码,仅供参考: ```c++ #include <iostream> #include <vector> using namespace std; class Matrix { public: Matrix(int r = 0, int c = 0) : rows(r), cols(c), data(r * c) {} int rows, cols; vector<double> data; double& operator()(int i, int j) { return data[i * cols + j]; } friend Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b); friend Matrix operator*(const Matrix& a, const Matrix& b); friend Matrix transpose(const Matrix& a); friend double det(const Matrix& a); friend Matrix inverse(const Matrix& a); }; Matrix operator+(const Matrix& a, const Matrix& b) { Matrix c(a.rows, a.cols); for (int i = 0; i < a.rows; i++) { for (int j = 0; j < a.cols; j++) { c(i, j) = a(i, j) + b(i, j); } } return c; } Matrix operator*(const Matrix& a, const Matrix& b) { Matrix c(a.rows, b.cols); for (int i = 0; i < a.rows; i++) { for (int j = 0; j < b.cols; j++) { for (int k = 0; k < a.cols; k++) { c(i, j) += a(i, k) * b(k, j); } } } return c; } Matrix transpose(const Matrix& a) { Matrix b(a.cols, a.rows); for (int i = 0; i < a.rows; i++) { for (int j = 0; j < a.cols; j++) { b(j, i) = a(i, j); } } return b; } double det(const Matrix& a) { if (a.rows != a.cols) { throw "not a square matrix"; } int n = a.rows; Matrix b = a; double d = 1; for (int i = 0; i < n; i++) { int p = i; for (int j = i + 1; j < n; j++) { if (abs(b(j, i)) > abs(b(p, i))) { p = j; } } if (p != i) { swap(b.data.begin() + i * n, b.data.begin() + p * n); d = -d; } if (b(i, i) == 0) { return 0; } for (int j = i + 1; j < n; j++) { double f = b(j, i) / b(i, i); for (int k = i; k < n; k++) { b(j, k) -= f * b(i, k); } } d *= b(i, i); } return d; } Matrix inverse(const Matrix& a) { if (a.rows != a.cols) { throw "not a square matrix"; } int n = a.rows; Matrix b(n, 2 * n); for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { b(i, j) = a(i, j); } b(i, n + i) = 1; } for (int i = 0; i < n; i++) { int p = i; for (int j = i + 1; j < n; j++) { if (abs(b(j, i)) > abs(b(p, i))) { p = j; } } if (p != i) { swap(b.data.begin() + i * 2 * n, b.data.begin() + p * 2 * n); } if (b(i, i) == 0) { throw "matrix is not invertible"; } double f = b(i, i); for (int j = i; j < 2 * n; j++) { b(i, j) /= f; } for (int j = 0; j < n; j++) { if (j != i) { f = b(j, i); for (int k = i; k < 2 * n; k++) { b(j, k) -= f * b(i, k); } } } } Matrix c(n, n); for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { c(i, j) = b(i, n + j); } } return c; } int main() { Matrix a(3, 3); a(0, 0) = 2; a(0, 1) = 1; a(0, 2) = 1; a(1, 0) = 4; a(1, 1) = -6; a(1, 2) = 0; a(2, 0) = -2; a(2, 1) = 7; a(2, 2) = 2; cout << "A =\n" << a.data[0] << " " << a.data[1] << " " << a.data[2] << "\n" << a.data[3] << " " << a.data[4] << " " << a.data[5] << "\n" << a.data[6] << " " << a.data[7] << " " << a.data[8] << endl; cout << "det(A) = " << det(a) << endl; Matrix b = inverse(a); cout << "A^-1 =\n" << b.data[0] << " " << b.data[1] << " " << b.data[2] << "\n" << b.data[3] << " " << b.data[4] << " " << b.data[5] << "\n" << b.data[6] << " " << b.data[7] << " " << b.data[8] << endl; Matrix c = a * b; cout << "A * A^-1 =\n" << c.data[0] << " " << c.data[1] << " " << c.data[2] << "\n" << c.data[3] << " " << c.data[4] << " " << c.data[5] << "\n" << c.data[6] << " " << c.data[7] << " " << c.data[8] << endl; return 0; } ``` 这段代码定义了一个矩阵类 Matrix,包含了矩阵的基本运算和逆矩阵计算。在 main 函数中,我们定义了一个 3x3 的矩阵 A,计算其行列式和逆矩阵,并验证 A 乘以 A 的逆矩阵是否得到单位矩阵。注意,这里的逆矩阵计算使用的是高斯-约旦消元法,而不是传统的伴随矩阵法,因为前者更简单、更高效。

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