数据结构实验 旋转矩阵

#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
struct element {
    int row, col;
    T item;
};

const int MaxTerm = 100;

template<class T>
class SparseMatrix {
public:
    SparseMatrix() {};
    SparseMatrix(int intmu, int intnu, int inttu, element<T> datatemp[]);
    ~SparseMatrix() {};
    element<T> GetMatrix(int intnumber);
    void Prt();
    void Trans1(SparseMatrix<T> &B);
    void Trans2(SparseMatrix<T> A, SparseMatrix<T> &B);
private:
    element<T> data[MaxTerm];
    int mu, nu, tu;
};

template<class T>
SparseMatrix<T>::SparseMatrix(int intmu, int intnu, int inttu, element<T>datatemp[]) {
    if (inttu > MaxTerm)    throw"构造函数的初始化参数不正确";
    mu = intmu; nu = intnu; tu = inttu;
    for (int i = 0; i < intnu; ++i) {
        data[i] = datatemp[i];
    }
}

template<class T>
element<T> SparseMatrix<T>::GetMatrix(int intnumber) {
    if (intnumber >= tu || intnumber < 0)    throw"输入位置不正确";
    return data[i];
}

template<class T>
void SparseMatrix<T>::Prt() {
    for (int i = 0; i < tu; ++i) {
        cout << data[i].col << " " << data[i].row << " " << data[i].item << "\n";
    }
}

template<class T>
void SparseMatrix<T>::Trans1(SparseMatrix<T> &B) {
    int pb, pa;
    B.mu = this->nu; B.nu = this->mu; B.tu = this->tu;
    if (B.tu > 0) {
        pb = 0;
        for (int col = 0; col < this->nu; col++)
            for (pa = 0; pa < this->tu; pa++)
                if (this->data[pa].col == col) {
                    B.data[pb].row = this->data[pa].col;
                    B.data[pb].col = this->data[pa].row;
                    B.data[pb].item = this->data[pa].item;
                    pb++;
                }
    }
}

template<class T>
void SparseMatrix<T>::Trans2(SparseMatrix<T> A, SparseMatrix<T> &B) {
    int i, j, k, num[MaxTerm], cpot[MaxTerm];
    B.mu = A.mu; B.nu = A.mu; B.tu = A.tu;
    if (B.tu > 0) {
        for (i = 0; i < A.nu; ++i)
            num[i] = 0;
        for (i = 0; i < A.nu; ++i) {
            j = A.data[i].col;
            num[j]++;
        }
        cpot[0] = 0;
        for (i = 1; i < A.nu; i++)
            cpot[i] = cpot[i - 1] + num[i - 1];
        for (i = 0; i < A.tu; ++i) {
            j = A.data[i].col;
            k = cpot[j];
            B.data[k].row = A.data[i].col;
            B.data[k].col = A.data[i].row;
            B.data[k].item = A.data[i].item;
            cpot[j]++;
        }
    }
}

void Function_1(int n) {
    int Ma[MaxTerm][MaxTerm];
    memset(Ma, 0, sizeof(Ma));
    int max, row = 1, col, row_, col_;
    max = n * n;    col = n / 2 + 1;
    Ma[row][col] = 1;
    for (int i = 2; i <= max; ++i) {
        if (row == 1)row_ = n;
        else row_ = row - 1;
        if (col == n)col_ = 1;
        else col_ = col + 1;
        if (Ma[row_][col_] != 0) {
            row_ = row + 1;
            col_ = col;
        }
        Ma[row_][col_] = i;
        row = row_, col = col_;
    }
    for (int i = 1; i <= n; ++i)
    {
        for (int j = 1; j <= n; ++j) {
            printf("%2d ", Ma[i][j]);
        }
        cout << "\n";
    }
}

void Function_2(int n) {
    int Ma[MaxTerm][MaxTerm];
    memset(Ma, 0, sizeof(Ma));
    int tem = 1, Sum = n*n + 1;
    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
        for (int j = 1; j <= n; ++j) {
            Ma[i][j] = tem;
            tem++;
        }
    }
    if (n != 4) {
        for (int i = 1, j = 1; i <= n&&j <= n; i++, j++)Ma[i][j] = Sum - Ma[i][j];
        for (int i = 1, j = n / 2; i <= n / 2 && j >= 1; i++, j--)
            Ma[i][j] = Sum - Ma[i][j];
        for (int i = n / 2 + 1, j = n; i <= n && j >= n / 2 + 1; i++, j--)
            Ma[i][j] = Sum - Ma[i][j];
        for (int i = 1, j = n; i <= n &&j >= 0; i++, j--) Ma[i][j] = Sum - Ma[i][j];
        for (int i = n / 2 + 1, j = 1; i <= n && j <= n / 2; ++i, ++j)
            Ma[i][j] = Sum - Ma[i][j];
        for (int i = 1, j = n / 2 + 1; i <= n / 2 && j <= n; i++, j++)
            Ma[i][j] = Sum - Ma[i][j];
    }
    else {
        for (int i = 1, j = 1; i <= n&&j <= n; i++, j++)Ma[i][j] = Sum - Ma[i][j];
        for (int i = 1, j = n; i <= n &&j >= 0; i++, j--) Ma[i][j] = Sum - Ma[i][j];
    }
    for (int i = 1; i <= n; ++i)
    {
        for (int j = 1; j <= n; ++j) {
            printf("%2d ", Ma[i][j]);
        }
        cout << "\n";
    }
}

void Fun(int n , int Ma[MaxTerm][MaxTerm]) {
    int max, row = 1, col, row_, col_;
    max = n * n;    col = n / 2 + 1;
    Ma[row][col] = 1;
    for (int i = 2; i <= max; ++i) {
        if (row == 1)row_ = n;
        else row_ = row - 1;
        if (col == n)col_ = 1;
        else col_ = col + 1;
        if (Ma[row_][col_] != 0) {
            row_ = row + 1;
            col_ = col;
        }
        Ma[row_][col_] = i;
        row = row_, col = col_;
    }
}

void Function_3(int n) {
    int Ma[MaxTerm][MaxTerm] , k , tem;
    memset(Ma, 0, sizeof(Ma));
    k = n / 2 , tem = k * k;
    int k_ , chan;
    k_ = (n - 2) / 4;
    //赋初值
    Fun(k, Ma);
    for (int i = k+1, p = 1; i <= n; ++i, ++p)
        for (int j = k+1, l = 1; j <= n; ++j, ++l)
            Ma[i][j] = Ma[p][l] + tem;
    tem += tem;
    for (int i = 1, p = 1; i <= k; ++i, ++p)
        for (int j = k + 1, l = 1; j <= n; ++j, ++l)
            Ma[i][j] = Ma[p][l] + tem;
    tem += tem;    tem -= k*k;
    for (int i = k + 1, p = 1; i <= n; ++i, ++p)
        for (int j = 1, l = 1; j <= k; ++j, ++l)
            Ma[i][j] = Ma[p][l] + tem;    //赋值结束
    //左区域交换
    for (int i = 0; i < k_; ++i) {
        Ma[3 * k_+2][k_+1+i]^= Ma[k_+1][k_ + 1+i];
        Ma[k_+1][k_ + 1+i] ^= Ma[3 * k_+2][k_ + 1+i] ;
        Ma[3 * k_+2][k_ + i+1] ^= Ma[k_+1][k_ + 1+i];
    }//
    for (int i = 1; i <= 2 * k_ + 1; ++i) {
        if (i != k_ + 1) {
            for (int j = 1; j <= k_; ++j) {
                chan = Ma[i][j];
                Ma[i][j] = Ma[i + 2 * k_ + 1][j];
                Ma[i + 2 * k_ + 1][j] = chan;
            }
        }
    }
    //结束
    //右区域交换
    for (int i = 1 , j = k_ +1 ; i <= 4 * k_ + 2; ++i) {
        for (int p = 0; p < k_ - 1; p++) {
            Ma[i][j - p] ^= Ma[i + 2*k_ + 1][j - p];
            Ma[i + 2 * k_ + 1][j - p] ^= Ma[i][j - p];
            Ma[i][j - p] ^= Ma[i + 2 * k_ + 1][j - p];
        }
    }
    //
    for (int i = 1; i <= n; ++i)
    {
        for (int j = 1; j <= n; ++j) {
            printf("%2d ", Ma[i][j]);
        }
        cout << "\n";
    }
}

void MagicMatrix(int n) {
    if (n & 1)
        Function_1(n);
    else if (n % 4 == 0)
        Function_2(n);
    else
        Function_3(n);
}

int main() {
    try {
        element<int> elementtemp3, elementtemp2, elementtemp;
        elementtemp.col = 0; elementtemp.row = 0; elementtemp.item = 15;
        elementtemp2.col = 1; elementtemp2.row = 2; elementtemp2.item = 16;
        elementtemp3.col = 1; elementtemp3.row = 0; elementtemp3.item = 17;
        element<int> A[3]; A[0] = elementtemp; A[1] = elementtemp2; A[2] = elementtemp3;
        SparseMatrix<int> sparsematrixB;
        SparseMatrix<int> sparsematrixA(3, 3, 3, A);
        cout << "源三元组顺序表如下:" << "\n";
        sparsematrixA.Prt();
        sparsematrixA.Trans1(sparsematrixB);
        cout << "使用顺序取、顺序存转置算法转置后的三元组顺序表如下:" << "\n";
        sparsematrixB.Prt();
        sparsematrixA.Trans2(sparsematrixA, sparsematrixB);
        cout << "使用顺序取、直接存转置算法后的三元组顺序表如下:" << "\n";
        sparsematrixB.Prt();
    }
    catch (char *e) {
        cout << e;
    }
    int n;
    cout << "输入魔方阵的阶数:" << endl;
    cin >> n;
    MagicMatrix(n);
    system("pause");
    return 0;
}