矩阵的快速转置

本文介绍了一种使用三元组表示稀疏矩阵的方法,并实现了稀疏矩阵的快速转置算法。通过定义结构体来存储非零元素的位置和值,有效地减少了存储空间的需求。此外,还提供了一个示例程序,演示了如何输入一个稀疏矩阵并进行快速转置。

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#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#define MAXSIZE 100
typedef struct
{
 int i,j;
 int e;
}Triple;
typedef struct{
 Triple data[MAXSIZE+1];
 int mu,nu,tu;
} Tsmatrix;
int a,b; /*定义全局变量数组的行数a和列数b*/ /*用数组创建三元组*/
Tsmatrix * creatarray(Tsmatrix *M) {
 int m,n,p=1;
 int c;
 printf("please input the array A:\n");
 for(m=1;m<=a;m++)
  for(n=1;n<=b;n++)
  {
   scanf("%d",&c);
   if(c!=0)
   {
    M->data[p].e=c;
    M->data[p].i=m;
    M->data[p].j=n;
    p++;
   }
  }
  M->tu=p;
  M->mu=a;
  M->nu=b;
  printf("原矩阵三元组表示为 :\n\n");
  for(m=1;m<M->tu;m++)
   printf("%3d%3d%3d\t\n",M->data[m].i,M->data[m].j,M->data[m].e); printf("\n"); return M;
}
/*三元组快速转置*/
Tsmatrix * fasttrans(Tsmatrix *M,Tsmatrix *T)
{
 int p,col,q,t,m; int num[100];
 int cpot[100];
 T->mu=M->nu;
 T->nu=M->mu;
 T->tu=M->tu;
 if(T->tu!=0)
 {
  for(col=1;col<=M->nu;++col)
   num[col]=0;
  for(t=1;t<M->tu;++t)
   num[M->data[t].j]++; cpot[1]=1;
  for(col=2;col<=M->nu;++col)
   cpot[col]=cpot[col-1]+num[col-1];
  for(p=1;p<M->tu;++p)
  {
   col=M->data[p].j;
   q=cpot[col];
   T->data[q].i=M->data[p].j;
   T->data[q].j=M->data[p].i;
   T->data[q].e=M->data[p].e;
   ++cpot[col];
  }
 }
 printf("\n转置之后的三元组表示 :\n");
 for(m=1;m<T->tu;m++)
  printf("%3d%3d%3d\t\n",T->data[m].i,T->data[m].j,T->data[m].e);
 printf("\n");
 return T;
}
/*输出三元组函数*/
void print(Tsmatrix *T,int x,int y)
{
 int m,n,p=1;
 int d;
 for(m=1;m<=x;m++)
 {
  printf("\n");
  for(n=1;n<=y;n++)
  {
   if(T->data[p].i==m&&T->data[p].j==n)
   { d=T->data[p].e;
   p++;
   }
   else d=0;
   printf("%6d",d);
  }
 }
 printf("\n");
}
void main()
{
 Tsmatrix *M,*T;
 M=(Tsmatrix *)malloc(sizeof(Tsmatrix));
 T=(Tsmatrix *)malloc(sizeof(Tsmatrix));
 printf("请输入行数和列数:\n");
 scanf("%d %d",&a,&b);
 /*输入行列数*/
 M=creatarray(M);
 printf("创建的矩阵为:\n");
 print(M,a,b);
 T=fasttrans(M,T);
 printf("转置后的矩阵为:\n");
 print(T,b,a);
 
}
### 数据结构中的矩阵快速转置实现 矩阵快速转置是一种优化技术,用于减少传统矩阵转置的时间复杂度。传统的逐行扫描并交换行列的方式具有 \( O(n^2) \) 的时间复杂度,而快速转置则通过预处理来显著提高效率。 #### 快速转置的核心概念 快速转置的关键在于利用辅助数组记录每一列的信息。具体来说,需要定义两个一维数组: - **num[col]**:表示原矩阵第 col 列中有多少个非零元素[^2]。 - **pos[col]**:表示转置后的三元组表中,该列的第一个非零元素的位置索引[^3]。 这些数组的作用是在实际转置前完成必要的准备工作,从而使得后续的操作更加高效。 #### 实现步骤解析 以下是基于三元组表形式的稀疏矩阵快速转置的具体实现: 1. 初始化 num 和 pos 数组。 - 遍历原始三元组表,统计每列的非零元素数量,并存入 num 数组。 2. 计算 pos 数组。 - 使用累积求和的方法计算出各列首个非零元素在新三元组表中的位置。 3. 构建新的三元组表。 - 再次遍历原始三元组表,按照预先计算好的位置关系填充目标三元组表。 下面是具体的代码实现: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define MAXSIZE 100 // 假设最大非零元素数目为100 typedef struct { int i, j; // 行号、列号 int e; // 元素值 } Triple; typedef struct { Triple data[MAXSIZE]; int mu, nu, tu; } TSMatrix; // 稀疏矩阵快速转置函数 void FastTransposeSMatrix(TSMatrix M, TSMatrix *T) { int col, p, q, num[M.nu], pos[M.nu]; T->mu = M.nu; // 转置后行数变为原来的列数 T->nu = M.mu; // 转置后列数变为原来的行数 T->tu = M.tu; // 转置后非零元素个数不变 if (T->tu) { for (col = 1; col <= M.nu; col++) { // 统计每列非零元素的数量 num[col] = 0; } for (p = 1; p <= M.tu; p++) { // 找到每个非零元素所在的列 num[M.data[p].j]++; } pos[1] = 1; // 设置第一列起始位置 for (col = 2; col <= M.nu; col++) { // 累加得到其他列的起始位置 pos[col] = pos[col - 1] + num[col - 1]; } for (p = 1; p <= M.tu; p++) { // 将原矩阵按列重新排列至新三元组表 col = M.data[p].j; q = pos[col]; T->data[q].i = M.data[p].j; T->data[q].j = M.data[p].i; T->data[q].e = M.data[p].e; pos[col]++; } } else { T->tu = 0; // 如果无非零元素,则直接设置为空矩阵 } } ``` 上述代码实现了稀疏矩阵快速转置功能,其中 `FastTransposeSMatrix` 函数接收输入矩阵 `M` 并将其转置结果存储于输出参数指针指向的目标矩阵 `T` 中[^1]。 #### 时间复杂度分析 由于整个过程仅需两次线性扫描即可完成所有必要操作,因此其总时间复杂度降为了 \( O(n+m) \),这里 n 是矩阵的列数,m 是非零元素总数。 --- ###
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