JAVA 对称矩阵的压缩存储

本文探讨了对称矩阵的概念及如何通过利用其对称特性进行压缩存储,以节省存储空间。介绍了生成对称矩阵的方法,并展示了压缩存储后的具体效果,节省空间可达n(n-1)/2。

1、什么是对称矩阵

    矩阵这就是一个4阶矩阵,红色为对角线。除对角线的元素,关于对角线的元素值相等。

 

 

2、问题的由来

对于N阶矩阵,有n*n个元素,如果采用二维数组存储,则需要对应数量的存储单元,可以利用对阵矩阵中

a[i][j] = a[j][i]的特点,使用更少的空间存储该矩阵。

3、解决方案

不废话,先上源代码,数组采用按行存储优先。

int[][] a1 = new int[5][5];
		for(int i=0;i<5;i++){
			for(int j=i;j<5;j++){
				a1[i][j] = (int) Math.round(Math.random()*100);
			if(i!=j)	a1[j][i] =a1[i][j];
		}
		
		int[] b = new int[5*6/2];
		
		for(int i=0;i<5;i++){
			for(int j=0;j<=i;j++){
				b[i*(i+1)/2+j] = a1[i][j];
			}
		}
		
	}

 

使用整数的二维数组来生成原始矩阵。

生成的矩阵如下

53, 71, 11, 11, 27

71, 40, 21, 61, 35

11, 21, 45, 77, 60

11, 61, 77, 82, 76

27, 35, 60, 76, 13

 

压缩存储后如下

[53, 71, 40, 11, 21, 45, 11, 61, 77, 82, 27, 35, 60, 76, 13]

 

可以减少的存储空间为 n(n-1)/2。

 

4 扩展

三角矩阵也可以进行压缩存储,其可以看成是0元素侧不需要存储的对称矩阵。

转载于:https://my.oschina.net/u/2997521/blog/1505540

除了C语言,对称矩阵压缩存储在Python、Java等编程语言中也有相应的实现方法。 ### Python实现 ```python class SymmetricMatrix: def __init__(self, n): self.n = n self.size = n * (n + 1) // 2 self.compressed = [0] * self.size def get_index(self, i, j): if i >= j: return i * (i + 1) // 2 + j else: return j * (j + 1) // 2 + i def set_element(self, i, j, value): index = self.get_index(i, j) self.compressed[index] = value def get_element(self, i, j): index = self.get_index(i, j) return self.compressed[index] def print_matrix(self): for i in range(self.n): for j in range(self.n): print(self.get_element(i, j), end=" ") print() # 使用示例 n = 3 matrix = SymmetricMatrix(n) matrix.set_element(0, 0, 1) matrix.set_element(0, 1, 2) matrix.set_element(0, 2, 3) matrix.set_element(1, 1, 4) matrix.set_element(1, 2, 5) matrix.set_element(2, 2, 6) matrix.print_matrix() ``` ### Java实现 ```java class SymmetricMatrix { private int n; private int[] compressed; public SymmetricMatrix(int n) { this.n = n; int size = n * (n + 1) / 2; compressed = new int[size]; } private int getIndex(int i, int j) { if (i >= j) { return i * (i + 1) / 2 + j; } else { return j * (j + 1) / 2 + i; } } public void setElement(int i, int j, int value) { int index = getIndex(i, j); compressed[index] = value; } public int getElement(int i, int j) { int index = getIndex(i, j); return compressed[index]; } public void printMatrix() { for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { System.out.print(getElement(i, j) + " "); } System.out.println(); } } public static void main(String[] args) { int n = 3; SymmetricMatrix matrix = new SymmetricMatrix(n); matrix.setElement(0, 0, 1); matrix.setElement(0, 1, 2); matrix.setElement(0, 2, 3); matrix.setElement(1, 1, 4); matrix.setElement(1, 2, 5); matrix.setElement(2, 2, 6); matrix.printMatrix(); } } ``` 在Python和Java的实现中,基本思路与C语言类似,都是只存储对称矩阵的下三角(包括对角线)元素。通过 `get_index` 方法计算元素在一维数组中的索引,从而实现元素的存储和获取。
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