c语言实现strassen矩阵乘法

Strassen矩阵乘法是一种快速的矩阵乘法算法，它利用分治思想将原矩阵分解成多个小矩阵进行计算，从而减少乘法次数。

C语言实现Strassen矩阵乘法需要以下步骤：

1. 定义一个矩阵结构体，包括矩阵大小和元素数组。

2. 实现矩阵的初始化和释放函数。

3. 实现Strassen矩阵乘法函数，包括以下几个步骤：

a. 判断矩阵大小是否为2的幂，如果不是则补充0使其变为2的幂大小。

b. 将两个矩阵分解成四个小矩阵，并计算每个小矩阵的乘积。

c. 利用递归，对四个小矩阵进行Strassen矩阵乘法。

d. 根据Strassen矩阵乘法公式，合并四个小矩阵得到结果矩阵。

4. 对于矩阵大小小于某个阈值（如32）的情况，采用朴素的矩阵乘法算法。

5. 编写测试函数，对Strassen矩阵乘法进行测试。

需要注意的是，C语言实现Strassen矩阵乘法的时间复杂度为O(n^log2(7))，比朴素矩阵乘法的O(n^3)要快，但由于Strassen矩阵乘法的常数较大，实际运行效率可能会受到影响。此外，Strassen矩阵乘法还会占用更多的内存空间。因此，在应用时需要根据具体情况进行权衡和选择。

相关问题

用C语言写strassen矩阵乘法代码

我可以回答您的问题。以下是用C语言编写的Strassen矩阵乘法代码：

#include <stdio.h>

void strassen(int n, int A[][n], int B[][n], int C[][n]) {
    if (n == 1) {
        C[0][0] = A[0][0] * B[0][0];
        return;
    }

    int m = n / 2;
    int A11[m][m], A12[m][m], A21[m][m], A22[m][m];
    int B11[m][m], B12[m][m], B21[m][m], B22[m][m];
    int C11[m][m], C12[m][m], C21[m][m], C22[m][m];
    int P1[m][m], P2[m][m], P3[m][m], P4[m][m], P5[m][m], P6[m][m], P7[m][m];
    int temp1[m][m], temp2[m][m];

    // Divide A and B into 4 submatrices
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        for (int j = 0; j < m; j++) {
            A11[i][j] = A[i][j];
            A12[i][j] = A[i][j + m];
            A21[i][j] = A[i + m][j];
            A22[i][j] = A[i + m][j + m];

            B11[i][j] = B[i][j];
            B12[i][j] = B[i][j + m];
            B21[i][j] = B[i + m][j];
            B22[i][j] = B[i + m][j + m];
        }
    }

    // Compute P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7
    strassen(m, A11, subtract(m, B12, B22, temp1), P1);
    strassen(m, add(m, A11, A12, temp1), B22, P2);
    strassen(m, add(m, A21, A22, temp1), B11, P3);
    strassen(m, A22, subtract(m, B21, B11, temp1), P4);
    strassen(m, add(m, A11, A22, temp1), add(m, B11, B22, temp2), P5);
    strassen(m, subtract(m, A12, A22, temp1), add(m, B21, B22, temp2), P6);
    strassen(m, subtract(m, A11, A21, temp1), add(m, B11, B12, temp2), P7);

    // Compute C11, C12, C21, C22
    add(m, subtract(m, add(m, P5, P4, temp1), P2, temp2), P6, C11);
    add(m, P1, P2, C12);
    add(m, P3, P4, C21);
    subtract(m, subtract(m, add(m, P5, P1, temp1), P3, temp2), P7, C22);

    // Combine C11, C12, C21, C22 into C
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        for (int j = 0; j < m; j++) {
            C[i][j] = C11[i][j];
            C[i][j + m] = C12[i][j];
            C[i + m][j] = C21[i][j];
            C[i + m][j + m] = C22[i][j];
        }
    }
}

void add(int n, int A[][n], int B[][n], int C[][n]) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            C[i][j] = A[i][j] + B[i][j];
        }
    }
}

void subtract(int n, int A[][n], int B[][n], int C[][n]) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            C[i][j] = A[i][j] - B[i][j];
        }
    }
}

int main() {
    int n = 4;
    int A[n][n] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}, {13, 14, 15, 16}};
    int B[n][n] = {{17, 18, 19, 20}, {21, 22, 23, 24}, {25, 26, 27, 28}, {29, 30, 31, 32}};
    int C[n][n];

    strassen(n, A, B, C);

    printf("Result:\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            printf("%d ", C[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

希望这个代码能够帮到您！

strassen矩阵乘法算法c语言

### 回答1：
Strassen矩阵乘法算法是一种用于计算两个矩阵乘积的高效方法，其基本思想是将原始矩阵划分为较小的子矩阵，并通过递归调用来计算乘积。下面是使用C语言实现Strassen矩阵乘法算法的一个示例：

#include<stdio.h>

void strassen(int n, int A[][n], int B[][n], int C[][n]) {
    if (n == 1) {
        C[0][0] = A[0][0] * B[0][0];
        return;
    }
    
    // 计算矩阵的中间大小
    int half = n / 2;

    // 划分原始矩阵为四个子矩阵
    int A11[half][half], A12[half][half], A21[half][half], A22[half][half];
    int B11[half][half], B12[half][half], B21[half][half], B22[half][half];
    int C11[half][half], C12[half][half], C21[half][half], C22[half][half];
    int P[half][half], Q[half][half], R[half][half], S[half][half], T[half][half], U[half][half], V[half][half];

    // 初始化子矩阵
    for (int i = 0; i < half; i++) {
        for (int j = 0; j < half; j++) {
            A11[i][j] = A[i][j];
            A12[i][j] = A[i][j + half];
            A21[i][j] = A[i + half][j];
            A22[i][j] = A[i + half][j + half];

            B11[i][j] = B[i][j];
            B12[i][j] = B[i][j + half];
            B21[i][j] = B[i + half][j];
            B22[i][j] = B[i + half][j + half];
        }
    }

    // 递归调用计算子矩阵
    strassen(half, A11, B11, P);
    strassen(half, A12, B21, Q);
    strassen(half, A11, B12, R);
    strassen(half, A12, B22, S);
    strassen(half, A21, B11, T);
    strassen(half, A22, B21, U);
    strassen(half, A21, B12, V);

    // 计算结果矩阵的子矩阵
    for (int i = 0; i < half; i++) {
        for (int j = 0; j < half; j++) {
            C11[i][j] = P[i][j] + Q[i][j];
            C12[i][j] = R[i][j] + S[i][j];
            C21[i][j] = T[i][j] + U[i][j];
            C22[i][j] = R[i][j] + T[i][j] + U[i][j] + V[i][j];
        }
    }

    // 将子矩阵组合为结果矩阵
    for (int i = 0; i < half; i++) {
        for (int j = 0; j < half; j++) {
            C[i][j] = C11[i][j];
            C[i][j + half] = C12[i][j];
            C[i + half][j] = C21[i][j];
            C[i + half][j + half] = C22[i][j];
        }
    }
}

int main() {
    int n;
    printf("请输入矩阵维度n：");
    scanf("%d", &n);

    int A[n][n], B[n][n], C[n][n];
    printf("请输入矩阵A：\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            scanf("%d", &A[i][j]);
        }
    }

    printf("请输入矩阵B：\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            scanf("%d", &B[i][j]);
        }
    }

    strassen(n, A, B, C);

    printf("结果矩阵C：\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            printf("%d ", C[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

这个示例代码实现了一个递归的Strassen矩阵乘法算法。用户需要在运行代码时输入矩阵的维度n，以及矩阵A和B的元素。程序将计算A和B的乘积，并打印结果矩阵C。

### 回答2：
Strassen矩阵乘法算法是一种用于快速计算矩阵乘法的算法，采用分治策略，并且在一些情况下具有比传统算法更高的效率。下面是一个使用C语言实现Strassen矩阵乘法算法的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void strassen(int n, int A[][n], int B[][n], int C[][n]) {
    if (n == 2) { // 基本情况，直接使用传统算法计算
        int P = (A[0][0] + A[1][1]) * (B[0][0] + B[1][1]);
        int Q = (A[1][0] + A[1][1]) * B[0][0];
        int R = A[0][0] * (B[0][1] - B[1][1]);
        int S = A[1][1] * (B[1][0] - B[0][0]);
        int T = (A[0][0] + A[0][1]) * B[1][1];
        int U = (A[1][0] - A[0][0]) * (B[0][0] + B[0][1]);
        int V = (A[0][1] - A[1][1]) * (B[1][0] + B[1][1]);

        C[0][0] = P + S - T + V;
        C[0][1] = R + T;
        C[1][0] = Q + S;
        C[1][1] = P + R - Q + U;
    } else {
        int newSize = n/2;
        int A11[newSize][newSize], A12[newSize][newSize], A21[newSize][newSize], A22[newSize][newSize];
        int B11[newSize][newSize], B12[newSize][newSize], B21[newSize][newSize], B22[newSize][newSize];
        int C11[newSize][newSize], C12[newSize][newSize], C21[newSize][newSize], C22[newSize][newSize];
        int P1[newSize][newSize], P2[newSize][newSize], P3[newSize][newSize], P4[newSize][newSize], P5[newSize][newSize], P6[newSize][newSize], P7[newSize][newSize];

        int i, j;
        for (i = 0; i < newSize; i++) {
            for (j = 0; j < newSize; j++) {
                A11[i][j] = A[i][j];
                A12[i][j] = A[i][j + newSize];
                A21[i][j] = A[i + newSize][j];
                A22[i][j] = A[i + newSize][j + newSize];
                B11[i][j] = B[i][j];
                B12[i][j] = B[i][j + newSize];
                B21[i][j] = B[i + newSize][j];
                B22[i][j] = B[i + newSize][j + newSize];
            }
        }

        strassen(newSize, A11, B11, P1);
        strassen(newSize, A12, B21, P2);
        strassen(newSize, A11, B12, P3);
        strassen(newSize, A12, B22, P4);
        strassen(newSize, A21, B11, P5);
        strassen(newSize, A22, B21, P6);
        strassen(newSize, A21, B12, P7);

        for (i = 0; i < newSize; i++) {
            for (j = 0; j < newSize; j++) {
                C11[i][j] = P1[i][j] + P4[i][j] - P5[i][j] + P7[i][j];
                C12[i][j] = P3[i][j] + P5[i][j];
                C21[i][j] = P2[i][j] + P4[i][j];
                C22[i][j] = P1[i][j] + P3[i][j] - P2[i][j] + P6[i][j];

                C[i][j] = C11[i][j];
                C[i][j + newSize] = C12[i][j];
                C[i + newSize][j] = C21[i][j];
                C[i + newSize][j + newSize] = C22[i][j];
            }
        }
    }
}

int main() {
    int n = 4; // 矩阵维数
    int A[][4] = {{1, 2, 3, 4},
                  {5, 6, 7, 8},
                  {9, 10, 11, 12},
                  {13, 14, 15, 16}};
    int B[][4] = {{17, 18, 19, 20},
                  {21, 22, 23, 24},
                  {25, 26, 27, 28},
                  {29, 30, 31, 32}};
    int C[4][4];

    strassen(n, A, B, C);

    int i, j;
    for (i = 0; i < n; i++) {
        for (j = 0; j < n; j++) {
            printf("%d ", C[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

以上是一个简单的C语言实现的Strassen矩阵乘法算法。在此例子中，我们使用了一个4x4的矩阵作为输入，并打印出计算结果。