当前位置: 首页 > news >正文

C#,数值计算,矩阵的行列式(Determinant)、伴随矩阵(Adjoint)与逆矩阵(Inverse)的算法与源代码

本文发布矩阵(Matrix)的一些初级算法。

一、矩阵的行列式(Determinant)

矩阵行列式是指矩阵的全部元素构成的行列式,设A=(a)是数域P上的一个n阶矩阵,则所有A=(a)中的元素组成的行列式称为矩阵A的行列式,记为|A|或det(A)。若A,B是数域P上的两个n阶矩阵,k是P中的任一个数,则|AB|=|A||B|,|kA|=kⁿ|A|,|A*|=|A|,其中A*是A的伴随矩阵;若A是可逆矩阵,则|A|=|A|。
 

/// <summary>
/// 计算 A[p,q] 位于 [,]temp 的块辅因子
/// </summary>
/// <param name="matrix"></param>
/// <param name="temp"></param>
/// <param name="p"></param>
/// <param name="q"></param>
/// <param name="n"></param>
private static void BlockCofactor(double[,] matrix, ref double[,] temp, int p, int q, int n)
{
    int i = 0;
    int j = 0;

    for (int row = 0; row < n; row++)
    {
        for (int col = 0; col < n; col++)
        {
            if (row != p && col != q)
            {
                temp[i, j++] = matrix[row, col];
                if (j == (n - 1))
                {
                    j = 0;
                    i++;
                }
            }
        }
    }
}

/// <summary>
/// 求矩阵行列式(递归算法)
/// </summary>
/// <param name="N"></param>
/// <param name="matrix"></param>
/// <param name="n"></param>
/// <returns></returns>
public static double Determinant(int N, double[,] matrix, int n)
{
    if (n == 1)
    {
        return matrix[0, 0];
    }

    double D = 0.0;
    double[,] temp = new double[N, N];
    int sign = 1;
    for (int f = 0; f < n; f++)
    {
        BlockCofactor(matrix, ref temp, 0, f, n);
        D += sign * matrix[0, f] * Determinant(N, temp, n - 1);
        sign = -sign;
    }
    return D;
}
 

/// <summary>
/// 计算 A[p,q] 位于 [,]temp 的块辅因子
/// </summary>
/// <param name="matrix"></param>
/// <param name="temp"></param>
/// <param name="p"></param>
/// <param name="q"></param>
/// <param name="n"></param>
private static void BlockCofactor(double[,] matrix, ref double[,] temp, int p, int q, int n)
{int i = 0;int j = 0;for (int row = 0; row < n; row++){for (int col = 0; col < n; col++){if (row != p && col != q){temp[i, j++] = matrix[row, col];if (j == (n - 1)){j = 0;i++;}}}}
}/// <summary>
/// 求矩阵行列式(递归算法)
/// </summary>
/// <param name="N"></param>
/// <param name="matrix"></param>
/// <param name="n"></param>
/// <returns></returns>
public static double Determinant(int N, double[,] matrix, int n)
{if (n == 1){return matrix[0, 0];}double D = 0.0;double[,] temp = new double[N, N];int sign = 1;for (int f = 0; f < n; f++){BlockCofactor(matrix, ref temp, 0, f, n);D += sign * matrix[0, f] * Determinant(N, temp, n - 1);sign = -sign;}return D;
}

二、矩阵的伴随矩阵(Adjoint Matrix)

一个方形矩阵的伴随矩阵是一个类似于逆矩阵的概念。如果二维矩阵可逆,那么它的逆矩阵和它的伴随矩阵之间只差一个系数,对多维矩阵也存在这个规律。然而,伴随矩阵对不可逆的矩阵也有定义,并且不需要用到除法。
 

/// <summary>
/// 伴随矩阵
/// </summary>
/// <param name="A"></param>
/// <param name="adj"></param>
public static void Adjoint(double[,] matrix, out double[,] adjoint)
{
    int N = matrix.GetLength(0);
    adjoint = new double[N, N];

    if (N == 1)
    {
        adjoint[0, 0] = 1.0;
        return;
    }

    int sign = 1;
    double[,] temp = new double[N, N];
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        for (int j = 0; j < N; j++)
        {
            BlockCofactor(matrix, ref temp, i, j, N);
            sign = ((i + j) % 2 == 0) ? 1 : -1;
            adjoint[j, i] = (sign) * (Determinant(N, temp, N - 1));
        }
    }
}

/// <summary>
/// 伴随矩阵
/// </summary>
/// <param name="A"></param>
/// <param name="adj"></param>
public static void Adjoint(double[,] matrix, out double[,] adjoint)
{int N = matrix.GetLength(0);adjoint = new double[N, N];if (N == 1){adjoint[0, 0] = 1.0;return;}int sign = 1;double[,] temp = new double[N, N];for (int i = 0; i < N; i++){for (int j = 0; j < N; j++){BlockCofactor(matrix, ref temp, i, j, N);sign = ((i + j) % 2 == 0) ? 1 : -1;adjoint[j, i] = (sign) * (Determinant(N, temp, N - 1));}}
}

三、矩阵的逆矩阵(Inverse Matrix)

设A是一个n阶矩阵,若存在另一个n阶矩阵B,使得: AB=BA=E ,则称方阵A可逆,并称方阵B是A的逆矩阵。矩阵求逆,即求矩阵的逆矩阵。矩阵是线性代数的主要内容,很多实际问题用矩阵的思想去解既简单又快捷。逆矩阵又是矩阵理论的很重要的内容,逆矩阵的求法自然也就成为线性代数研究的主要内容之一。

/// <summary>
/// 矩阵求逆
/// </summary>
/// <param name="A"></param>
/// <param name="inverse"></param>
/// <returns></returns>
public static bool Inverse(double[,] matrix, out double[,] inverse)
{
    int N = matrix.GetLength(0);
    inverse = new double[N, N];

    double det = Determinant(N, matrix, N);
    if (det == 0)
    {
        return false;
    }

    Adjoint(matrix, out double[,] adj);

    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        for (int j = 0; j < N; j++)
        {
            inverse[i, j] = adj[i, j] / (double)det;
        }
    }
    return true;
}
 

/// <summary>
/// 矩阵求逆
/// </summary>
/// <param name="A"></param>
/// <param name="inverse"></param>
/// <returns></returns>
public static bool Inverse(double[,] matrix, out double[,] inverse)
{int N = matrix.GetLength(0);inverse = new double[N, N];double det = Determinant(N, matrix, N);if (det == 0){return false;}Adjoint(matrix, out double[,] adj);for (int i = 0; i < N; i++){for (int j = 0; j < N; j++){inverse[i, j] = adj[i, j] / (double)det;}}return true;
}

演算代码:

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
    double[,] A = { 
        {5, -2, 2, 7},
        {1, 0, 0, 3},
        {-3, 1, 5, 0},
        {3, -1, -9, 4}
    };

    double d = Algorithm_Gallery.Determinant(4, A, 4);

    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.Append(Welcome());
    sb.AppendLine("1、<b>原始矩阵</b>(Source Matrix):<br>");
    sb.Append(Algorithm_Gallery.ToHtml(A));
    sb.AppendLine("行列式(Determinant)=" + d + "<br>");
    
    Algorithm_Gallery.Adjoint(A, out double[,] adj);
    sb.AppendLine("<br>2、<b>伴随矩阵</b>(Adjoint Matrix):<br>");
    sb.Append(Algorithm_Gallery.ToHtml(adj));
    
    Algorithm_Gallery.Inverse(A, out double[,] inv);
    sb.AppendLine("<br>3、<b>逆矩阵</b>(Inverse Matrix):<br>");
    sb.Append(Algorithm_Gallery.ToHtml(inv));
    sb.Append(Bye());
    webBrowser1.DocumentText = sb.ToString();
}

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{double[,] A = { {5, -2, 2, 7},{1, 0, 0, 3},{-3, 1, 5, 0},{3, -1, -9, 4}};double d = Algorithm_Gallery.Determinant(4, A, 4);StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.Append(Welcome());sb.AppendLine("1、<b>原始矩阵</b>(Source Matrix):<br>");sb.Append(Algorithm_Gallery.ToHtml(A));sb.AppendLine("行列式(Determinant)=" + d + "<br>");Algorithm_Gallery.Adjoint(A, out double[,] adj);sb.AppendLine("<br>2、<b>伴随矩阵</b>(Adjoint Matrix):<br>");sb.Append(Algorithm_Gallery.ToHtml(adj));Algorithm_Gallery.Inverse(A, out double[,] inv);sb.AppendLine("<br>3、<b>逆矩阵</b>(Inverse Matrix):<br>");sb.Append(Algorithm_Gallery.ToHtml(inv));sb.Append(Bye());webBrowser1.DocumentText = sb.ToString();
}

 打印矩阵的代码:


public static string ToHtml(double[,] y)
{
    int m = y.GetLength(0);
    int n = y.GetLength(1);
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.AppendLine("<style>");
    sb.AppendLine("td { padding:5px;text-align:right; }");
    sb.AppendLine("</style>");
    sb.AppendLine("<table width='100%' border=1 bordercolor='#999999' style='border-collapse:collapse;'>");
    for (int i = 0; i < m; i++)
    {
        sb.AppendLine("<tr>");
        for (int j = 0; j < n; j++)
        {
            sb.AppendLine("<td>" + String.Format("{0:F8}", y[i, j]) + "</td>");
        }
        sb.AppendLine("</tr>");
    }
    sb.AppendLine("</table>");
    return sb.ToString();
}
 

————————————————————————————————

POWER BY  TRUFFER.CN 50018.COM 315SOFT.COM

public static string ToHtml(double[,] y)
{int m = y.GetLength(0);int n = y.GetLength(1);StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.AppendLine("<style>");sb.AppendLine("td { padding:5px;text-align:right; }");sb.AppendLine("</style>");sb.AppendLine("<table width='100%' border=1 bordercolor='#999999' style='border-collapse:collapse;'>");for (int i = 0; i < m; i++){sb.AppendLine("<tr>");for (int j = 0; j < n; j++){sb.AppendLine("<td>" + String.Format("{0:F8}", y[i, j]) + "</td>");}sb.AppendLine("</tr>");}sb.AppendLine("</table>");return sb.ToString();
}

相关文章:

  • ES实战--wildcard正则匹配exists过滤字段是否存在
  • JavaScript:JSON、三种包装类
  • 在SpringBoot中@PathVariable与@RequestParam的区别
  • IO线程-day1
  • compile error ESP32cam.h no such file or directory
  • sql常用语句小结
  • 服务器防火墙设置教程
  • SQL查询数据是否存在
  • 5G网络eMBB、uRLLC、mMTC
  • 【手写数据库toadb】数据字典缓存的实现方法和接口分享,面向对象设计思想,接口单一化
  • Sentinel注解@SentinelResource详解
  • springboot197基于springboot的毕业设计系统的开发
  • LeetCode 0429.N 叉树的层序遍历:广度优先搜索(BFS)
  • MongoDB聚合操作符:$acos
  • OpenAI全新发布的Sora,到底意味着什么?
  • android高仿小视频、应用锁、3种存储库、QQ小红点动画、仿支付宝图表等源码...
  • Cumulo 的 ClojureScript 模块已经成型
  • exif信息对照
  • JDK 6和JDK 7中的substring()方法
  • LintCode 31. partitionArray 数组划分
  • Linux gpio口使用方法
  • NSTimer学习笔记
  • Otto开发初探——微服务依赖管理新利器
  • react 代码优化(一) ——事件处理
  • Spring Cloud(3) - 服务治理: Spring Cloud Eureka
  • Terraform入门 - 1. 安装Terraform
  • V4L2视频输入框架概述
  • Webpack4 学习笔记 - 01:webpack的安装和简单配置
  • 闭包--闭包之tab栏切换(四)
  • 不发不行!Netty集成文字图片聊天室外加TCP/IP软硬件通信
  • 程序员该如何有效的找工作?
  • 分享自己折腾多时的一套 vue 组件 --we-vue
  • 基于 Babel 的 npm 包最小化设置
  • 基于游标的分页接口实现
  • 免费小说阅读小程序
  • 为物联网而生:高性能时间序列数据库HiTSDB商业化首发!
  • ​​​​​​​ubuntu16.04 fastreid训练过程
  • ​queue --- 一个同步的队列类​
  • #include到底该写在哪
  • #我与Java虚拟机的故事#连载10: 如何在阿里、腾讯、百度、及字节跳动等公司面试中脱颖而出...
  • (pytorch进阶之路)CLIP模型 实现图像多模态检索任务
  • (办公)springboot配置aop处理请求.
  • (附源码)springboot 智能停车场系统 毕业设计065415
  • (附源码)ssm教师工作量核算统计系统 毕业设计 162307
  • (算法)N皇后问题
  • (转)h264中avc和flv数据的解析
  • (转)linux 命令大全
  • (转)mysql使用Navicat 导出和导入数据库
  • (转)shell中括号的特殊用法 linux if多条件判断
  • (转)负载均衡,回话保持,cookie
  • (转)一些感悟
  • .bat批处理(三):变量声明、设置、拼接、截取
  • .dat文件写入byte类型数组_用Python从Abaqus导出txt、dat数据
  • .NET:自动将请求参数绑定到ASPX、ASHX和MVC(菜鸟必看)
  • .NET基础篇——反射的奥妙