对称上三角稀疏矩阵非零元素的一维存储及LU分解法求解的C#代码

时间: 2024-03-24 22:40:05 浏览: 102
以下是对称上三角稀疏矩阵非零元素的一维存储及LU分解法求解的C#代码示例: ```csharp using System; namespace SymmetricUpperTriangularSparseMatrix { public class Matrix { int n; int[] irow, jcol; double[] val; public Matrix(int n, int[] irow, int[] jcol, double[] val) { this.n = n; this.irow = irow; this.jcol = jcol; this.val = val; } public void LUDecompose(out Matrix L, out Matrix U) { int[] il = new int[n + 1]; int[] iu = new int[n + 1]; int[] jl = new int[val.Length]; int[] ju = new int[val.Length]; double[] al = new double[val.Length]; double[] au = new double[val.Length]; for (int i = 0; i < n + 1; i++) { il[i] = -1; iu[i] = -1; } for (int k = 0; k < n; k++) { il[k] = k; iu[k] = k; int ll = -1, lu = -1; for (int p = irow[k]; p < irow[k + 1]; p++) { int j = jcol[p]; if (j < k) { if (il[k] == k) il[k] = p; jl[++ll] = j; al[ll] = val[p]; } else if (j == k) { if (il[k] == k) il[k] = p; if (iu[k] == k) iu[k] = p; al[k] = val[p]; au[k] = 1.0; } else { ju[++lu] = j; au[lu] = val[p]; } } for (int p = 0; p <= ll; p++) { int i = jl[p]; double lki = al[p] / al[k]; for (int q = iu[i]; q <= irow[i + 1] - 1; q++) { int j = jcol[q]; if (j > k) break; int r = j == k ? k : il[k]; if (il[j] < 0) { jl[++ll] = j; al[ll] = -lki * val[q]; il[j] = ll; } else { al[il[j]] -= lki * val[q]; } if (il[k] < 0) { il[k] = lu + 1; iu[k + 1] = lu + 1; ju[++lu] = k; au[lu] = al[k]; } au[r] -= lki * au[q]; } } } int[] ilu = new int[n + 1]; int[] jlu = new int[val.Length]; double[] valL = new double[val.Length]; double[] valU = new double[val.Length]; for (int i = 0; i < n + 1; i++) { ilu[i] = -1; } int cntL = 0, cntU = 0; for (int i = 0; i < n; i++) { for (int p = il[i]; p <= il[i + 1] - 1; p++) { int j = jl[p]; if (j < i) { jlu[cntL] = j; valL[cntL] = al[p]; if (ilu[i] < 0) ilu[i] = cntL; cntL++; } else if (j == i) { valL[cntL] = 1.0; if (ilu[i] < 0) ilu[i] = cntL; cntL++; } else { jlu[cntU] = j; valU[cntU] = au[p]; if (ilu[i] < 0) ilu[i] = cntU; cntU++; } } for (int p = iu[i]; p <= iu[i + 1] - 1; p++) { int j = ju[p]; if (j < i) { jlu[cntL] = j; valL[cntL] = al[p]; if (ilu[i] < 0) ilu[i] = cntL; cntL++; } else if (j == i) { valL[cntL] = 1.0; if (ilu[i] < 0) ilu[i] = cntL; cntL++; } else { jlu[cntU] = j; valU[cntU] = au[p]; if (ilu[i] < 0) ilu[i] = cntU; cntU++; } } } L = new Matrix(n, ilu, jlu, valL); U = new Matrix(n, ilu, jlu, valU); } public double[] LUSolve(double[] b) { Matrix L, U; LUDecompose(out L, out U); double[] y = new double[n]; for (int i = 0; i < n; i++) { y[i] = b[i]; for (int p = L.irow[i]; p < L.irow[i + 1]; p++) { int j = L.jcol[p]; if (j < i) y[i] -= L.val[p] * y[j]; } } double[] x = new double[n]; for (int i = n - 1; i >= 0; i--) { x[i] = y[i]; for (int p = U.irow[i]; p < U.irow[i + 1]; p++) { int j = U.jcol[p]; if (j > i) x[i] -= U.val[p] * x[j]; } x[i] /= U.val[U.irow[i]]; } return x; } } class Program { static void Main(string[] args) { int n = 3; int[] irow = { 0, 1, 2, 3 }; int[] jcol = { 0, 1, 2, 1, 2, 2 }; double[] val = { 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0 }; Matrix A = new Matrix(n, irow, jcol, val); double[] b = { 1.0, 2.0, 3.0 }; double[] x = A.LUSolve(b); Console.WriteLine("Solution:"); for (int i = 0; i < n; i++) { Console.WriteLine(x[i]); } } } } ``` 该代码中定义了一个 Matrix 类,其构造函数输入稀疏矩阵的维数、非零元素的行列下标及值。LUDecompose 方法实现了对称上三角稀疏矩阵的 LU 分解,并输出分解后的 L 和 U 矩阵。LUSolve 方法实现了使用 LU 分解求解线性方程组。最后的 Main 方法给出了一个样例,其输入的稀疏矩阵是一个 $3 \times 3$ 的矩阵,用 LU 分解求解线性方程组。

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