用C语言利用稀疏矩阵的链式存储实现稀疏矩阵的加,减,乘,转置等简单运算

时间: 2024-03-17 19:47:46 浏览: 64
以下是用C语言实现稀疏矩阵的加、减、乘、转置等简单运算的示例代码,利用稀疏矩阵的链式存储方式实现: ``` #include <stdio.h> #include <stdlib.h> // 定义稀疏矩阵结构体 typedef struct sparse_matrix { int row; // 矩阵行数 int col; // 矩阵列数 int num; // 矩阵非零元素个数 struct node *row_head; // 行链表头指针 struct node *col_head; // 列链表头指针 } SparseMatrix; // 定义稀疏矩阵节点结构体 typedef struct node { int row; // 节点所在行 int col; // 节点所在列 int val; // 节点元素值 struct node *row_next; // 行链表下一节点指针 struct node *col_next; // 列链表下一节点指针 } Node; // 创建稀疏矩阵 SparseMatrix* create_sparse_matrix(int row, int col) { SparseMatrix *matrix = (SparseMatrix*)malloc(sizeof(SparseMatrix)); matrix->row = row; matrix->col = col; matrix->num = 0; matrix->row_head = NULL; matrix->col_head = NULL; return matrix; } // 添加节点到矩阵中 void add_node_to_matrix(SparseMatrix *matrix, int row, int col, int val) { Node *node = (Node*)malloc(sizeof(Node)); node->row = row; node->col = col; node->val = val; node->row_next = NULL; node->col_next = NULL; // 将节点插入到行链表中 Node *row_head = matrix->row_head; if (!row_head || row_head->row > row) { matrix->row_head = node; node->row_next = row_head; } else { Node *prev = row_head; while (prev->row_next && prev->row_next->row <= row) { prev = prev->row_next; } node->row_next = prev->row_next; prev->row_next = node; } // 将节点插入到列链表中 Node *col_head = matrix->col_head; if (!col_head || col_head->col > col) { matrix->col_head = node; node->col_next = col_head; } else { Node *prev = col_head; while (prev->col_next && prev->col_next->col <= col) { prev = prev->col_next; } node->col_next = prev->col_next; prev->col_next = node; } matrix->num++; } // 打印稀疏矩阵 void print_sparse_matrix(SparseMatrix *matrix) { printf("Sparse Matrix:\n"); printf("Row: %d, Col: %d, Num: %d\n", matrix->row, matrix->col, matrix->num); Node *row_head = matrix->row_head; for (int i = 0; i < matrix->row; i++) { Node *cur = row_head; for (int j = 0; j < matrix->col; j++) { if (cur && cur->col == j) { printf("%d ", cur->val); cur = cur->row_next; } else { printf("0 "); } } printf("\n"); if (row_head) { row_head = row_head->row_next; } } } // 稀疏矩阵加法 SparseMatrix* sparse_matrix_add(SparseMatrix *matrix1, SparseMatrix *matrix2) { if (matrix1->row != matrix2->row || matrix1->col != matrix2->col) { return NULL; } SparseMatrix *result = create_sparse_matrix(matrix1->row, matrix1->col); Node *node1 = matrix1->row_head; Node *node2 = matrix2->row_head; while (node1 || node2) { if (!node2 || (node1 && node1->col < node2->col)) { add_node_to_matrix(result, node1->row, node1->col, node1->val); node1 = node1->row_next; } else if (!node1 || (node2 && node2->col < node1->col)) { add_node_to_matrix(result, node2->row, node2->col, node2->val); node2 = node2->row_next; } else { add_node_to_matrix(result, node1->row, node1->col, node1->val + node2->val); node1 = node1->row_next; node2 = node2->row_next; } } return result; } // 稀疏矩阵减法 SparseMatrix* sparse_matrix_subtract(SparseMatrix *matrix1, SparseMatrix *matrix2) { if (matrix1->row != matrix2->row || matrix1->col != matrix2->col) { return NULL; } SparseMatrix *result = create_sparse_matrix(matrix1->row, matrix1->col); Node *node1 = matrix1->row_head; Node *node2 = matrix2->row_head; while (node1 || node2) { if (!node2 || (node1 && node1->col < node2->col)) { add_node_to_matrix(result, node1->row, node1->col, node1->val); node1 = node1->row_next; } else if (!node1 || (node2 && node2->col < node1->col)) { add_node_to_matrix(result, node2->row, node2->col, -node2->val); node2 = node2->row_next; } else { add_node_to_matrix(result, node1->row, node1->col, node1->val - node2->val); node1 = node1->row_next; node2 = node2->row_next; } } return result; } // 稀疏矩阵乘法 SparseMatrix* sparse_matrix_multiply(SparseMatrix *matrix1, SparseMatrix *matrix2) { if (matrix1->col != matrix2->row) { return NULL; } SparseMatrix *result = create_sparse_matrix(matrix1->row, matrix2->col); Node *node1 = matrix1->row_head; while (node1) { Node *node2 = matrix2->col_head; while (node2) { if (node1->col == node2->row) { int sum = 0; Node *cur1 = node1; Node *cur2 = node2; while (cur1 && cur2 && cur1->col == node1->col && cur2->row == node2->row) { if (cur1->row < cur2->col) { cur1 = cur1->row_next; } else if (cur1->row > cur2->col) { cur2 = cur2->col_next; } else { sum += cur1->val * cur2->val; cur1 = cur1->row_next; cur2 = cur2->col_next; } } add_node_to_matrix(result, node1->row, node2->col, sum); } node2 = node2->col_next; } node1 = node1->row_next; } return result; } // 稀疏矩阵转置 SparseMatrix* sparse_matrix_transpose(SparseMatrix *matrix) { SparseMatrix *result = create_sparse_matrix(matrix->col, matrix->row); Node *node = matrix->row_head; while (node) { add_node_to_matrix(result, node->col, node->row, node->val); node = node->row_next; } return result; } // 测试稀疏矩阵加、减、乘、转置 int main() { SparseMatrix *matrix1 = create_sparse_matrix(3, 3); add_node_to_matrix(matrix1, 0, 0, 1); add_node_to_matrix(matrix1, 0, 1, 2); add_node_to_matrix(matrix1, 1, 0, 3); add_node_to_matrix(matrix1, 1, 1, 4); add_node_to_matrix(matrix1, 2, 2, 5); print_sparse_matrix(matrix1); SparseMatrix *matrix2 = create_sparse_matrix(3, 3); add_node_to_matrix(matrix2, 0, 0, 6); add_node_to_matrix(matrix2, 0, 1, 7); add_node_to_matrix(matrix2, 1, 0, 8); add_node_to_matrix(matrix2, 1, 1, 9); add_node_to_matrix(matrix2, 2, 2, 10); print_sparse_matrix(matrix2); SparseMatrix *result = sparse_matrix_add(matrix1, matrix2); print_sparse_matrix(result); result = sparse_matrix_subtract(matrix1, matrix2); print_sparse_matrix(result); result = sparse_matrix_multiply(matrix1, matrix2); print_sparse_matrix(result); result = sparse_matrix_transpose(matrix1); print_sparse_matrix(result); return 0; } ``` 注意:以上示例代码仅供参考,具体实现可能还需要根据实际情况进行调整。
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