C课程设计矩阵的加减乘混合运算_c课程设计矩阵运算

C课程设计矩阵的加减乘混合运算由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“c课程设计矩阵运算”。

矩阵混合运算

指导教师：

浙江理工大学

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矩阵混合运算 目 录

一、程序要求

二、输入输出范例

三、程序结构分析及关键函数说明

四、程序代码与说明

五、运行结果与分析

六、设计日志及心得体会

一、程序要求及范例

·定义矩阵（维数小于5×5）的加减法和乘法 ·计算输入的若干矩阵的加减法运算和乘法混合运算

·矩阵数目不定，混合运算顺序不定，矩阵数值不定，均有键盘输入控制

·若输入有错，可以随时更改任一矩阵数值

·当输入矩阵不能满足矩阵运算时，提示矩阵维数错误

二、输入输出范例

·输入：

-首先输入每个矩阵的数值，输入矩阵格式如[1 1 1;2 2 2]-输入几个矩阵的混合运算 ·输出：

-输出计算结果

·输入范例： A=[1 1 1;2 2 2] B=[1 0;0 1;1 1] C=[1 0;0 1] D=C+A*B或者D=A*B+C ·输出b->data[i][j];

}

}

return 1;

} }

3.乘运算函数

该程序设计的核心问题是矩阵的乘法运算的逻辑性的编写，在进行矩阵相乘前要判断两矩阵是否能够相乘，即判断内积是否相等，如果能就按照矩阵的相乘方式进行运算，若不能则提示错误并返回，具体的程序段如下：

int multiplyMatrix(Matrix *c, Matrix *a, Matrix *b){

int i, j, k;

if(a->cols!= b->rows){ printf(“矩阵维数输入错误！”);

return 0;

}

else

{

c->rows = a->rows;

c->cols = b->cols;

for(i = 0;i rows;i++)

{

for(j = 0;j cols;j++)

{

c->data[i][j] = 0;

for(k = 0;k cols;k++)

{

c->data[i][j] += a->data[i][k]*b->data[k][j];

}

}

}

return 1;

} }

四、程序代码与说明

#include #include #include #include #define MAX_DIM 6 #define MAX_CHAR 128 typedef struct //结构体定义矩阵 { float data[MAX_DIM][MAX_DIM];//二维数组表示矩阵 int rows;//行 int cols;//列 } Matrix;typedef struct _ListNode //定义一个头结点 { char name[MAX_CHAR];Matrix *mat;struct _ListNode *next;//指向下一个结点 } ListNode;

typedef struct { ListNode *head;//定义一个指向头结点的指针 } MList;enum TYPE {OP, MAT};//枚举类型

typedef struct _Token //定义Token标识符 判断表达式 { union //联合体 取值为 op 和 mat中结构最大的值 { char op;Matrix *mat;};enum TYPE type;//联合体的类型 } Token;typedef struct _Stack //定义栈 { Token **arr;//用数组存储标识符 int n;//数组里标识符的个数 int cap;//数组的大小 } Stack;

Stack* initStack(int cap);//初始化，定义一个空栈 void freeStack(Stack *pStack);//释放栈的空间

void reszieStack(Stack *pStack, int newCap);//重定义栈的大小 void push(Stack *pStack, Token *pToken);//入栈操作 Token* pop(Stack *pStack);//出栈 Token* top(Stack *pStack);//栈顶

int getIndex(char ch);//不同标识符对应不同的操作 char priorMap[9][9] = { {'>', '>', '', '>'}, {'>', '>', '', '>'}, {'>', '>', '>', '>', '', '>'}, {'>', '>', '>', '>', '', '>'}, {'>', '>', '>', '>', '>', '>', '', '>'}, {'>', '>', '>', '>', '>', '>', '', '>'}, {'', '>', '>', '>', '>', '>', '&', '>', '>'}, {'

int addMatrix(Matrix *c, Matrix *a, Matrix *b);//矩阵的加法

int subtractMatrix(Matrix *c, Matrix *a, Matrix *b);//矩阵的减法 int multiplyMatrix(Matrix *c, Matrix *a, Matrix *b);//矩阵的乘法 void printMatrix(Matrix *mat);//输出结果 ListNode *newNode(char name[], Matrix *mat);MList *newMList();void freeNode(ListNode *node);void freeMList(MList *ml);void addNode(MList *ml, ListNode *node);ListNode *parseMat(char line[]);void printLNode(ListNode *node);Matrix *findByName(MList *ml, char name[]);int main(){ printf(“矩阵的混合运算n”);

2]n“);

char line[MAX_CHAR];char name[MAX_CHAR];char *pch;MList *ml = newMList();Matrix *newMat = NULL;

printf(”矩阵范例A=[1 1 1;2 2 printf(“请按范例格式输入n”);

while(1){ fgets(line, MAX_CHAR, stdin);//输入一串字符 if(strlen(line)== 1 && line[0] == 'n'){ continue;} pch = strchr(line, '[');if(pch!= NULL){ ListNode *node = parseMat(line);addNode(ml, node);} else { pch = strchr(line, '=');*pch = '';char *expr = pch+1;Stack *pStackVals = initStack(16);Stack *pStackOps = initStack(16);Token *pToken = NULL, *pTokenA = NULL, *pTokenB = NULL;pToken =(Token *)malloc(sizeof(Token));pToken->op = '#';pToken->type = OP;push(pStackOps, pToken);int len = strlen(expr);expr[len++] = '#';int b=0, e=0, cnt;char ch;while(b!= len){ ch = expr[b];if(ipace(ch))//判断是否为空格 { b++;} else if(isalpha(ch))//矩阵 {

cnt = 0;e = b;while(isalpha(expr[e])){ name[cnt++] = expr[e++];

} name[cnt] = '';b = e;Matrix *mat = findByName(ml, name);pToken =(Token *)malloc(sizeof(Token));pToken->type = MAT;pToken->mat = mat;push(pStackVals, pToken);

} else // 操作符 { while(1){ char cmp = priorMap[getIndex(top(pStackOps)->op)][getIndex(ch)];if(cmp == 'type = OP;pToken->op = ch;push(pStackOps, pToken);break;} else if(cmp == '='){ free(pop(pStackOps));break;} else if(cmp == '>'){ pToken = pop(pStackOps);switch(pToken->op){ case '+': pTokenB = pop(pStackVals);pTokenA = pop(pStackVals);newMat = newMatrix(0, 0);addMatrix(newMat, pTokenA->mat, pTokenB->mat);free(pTokenA);free(pTokenB);pToken =(Token *)malloc(sizeof(Token));pToken->type = MAT;pToken->mat = newMat;

push(pStackVals, pToken);break;case '-': pTokenB = pop(pStackVals);pTokenA = pop(pStackVals);newMat = newMatrix(0, 0);subtractMatrix(newMat, pTokenA->mat, pTokenB->mat);free(pTokenA);free(pTokenB);pToken =(Token *)malloc(sizeof(Token));pToken->type = MAT;pToken->mat = newMat;push(pStackVals, pToken);break;case '*': pTokenB = pop(pStackVals);pTokenA = pop(pStackVals);newMat = newMatrix(0, 0);multiplyMatrix(newMat, pTokenA->mat, pTokenB->mat);free(pTokenA);free(pTokenB);pToken =(Token *)malloc(sizeof(Token));pToken->type = MAT;pToken->mat = newMat;push(pStackVals, pToken);break;

} } } b++;} } newMat = top(pStackVals)->mat;freeStack(pStackVals);freeStack(pStackOps);break;} } ListNode *resNode = newNode(line, newMat);printLNode(resNode);freeMList(ml);

return 0;} Matrix *newMatrix(int rows, int cols){ Matrix *mat =(Matrix *)malloc(sizeof(Matrix));mat->rows = rows;mat->cols = cols;return mat;} void freeMatrix(Matrix *mat){ free(mat);mat = NULL;} int addMatrix(Matrix *c, Matrix *a, Matrix *b){ int i, j;if(a->rows!= b->rows || a->cols!= b->cols)// error to add { printf(“矩阵维数输入错误！”);return 0;} else { c->rows = a->rows;c->cols = a->cols;for(i = 0;i rows;i++){ for(j = 0;j cols;j++){ c->data[i][j] = a->data[i][j] + b->data[i][j];} } return 1;} } int subtractMatrix(Matrix *c, Matrix *a, Matrix *b){ int i, j;if(a->rows!= b->rows || a->cols!= b->cols)// error to add { “);return 0;

printf(”矩阵维数输入错误！

} else { c->rows = a->rows;c->cols = a->cols;for(i = 0;i rows;i++){ for(j = 0;j cols;j++){ c->data[i][j] = a->data[i][j]-b->data[i][j];}

} return 1;} } int multiplyMatrix(Matrix *c, Matrix *a, Matrix *b){ int i, j, k;if(a->cols!= b->rows){ return 0;} else { c->rows = a->rows;c->cols = b->cols;for(i = 0;i rows;i++){ for(j = 0;j cols;j++){ c->data[i][j] = 0;for(k = 0;k cols;k++){ c->data[i][j] += a->data[i][k]*b->data[k][j];}

} } return 1;} } void printMatrix(Matrix *mat)

{ int i, j;for(i = 0;i rows;i++){ for(j = 0;j cols;j++){ printf(“t%.2f”, mat->data[i][j]);} printf(“n”);} } void printLNode(ListNode *node){ printf(“%s=n”, node->name);printMatrix(node->mat);} ListNode *newNode(char name[], Matrix *mat){ ListNode *node =(ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));strcpy(node->name, name);node->mat = mat;node->next = NULL;

return node;} MList *newMList(){ MList *ml =(MList *)malloc(sizeof(MList));ml->head = NULL;

return ml;} void freeNode(ListNode *node){ if(node == NULL){ return;} freeMatrix(node->mat);free(node);} void freeMList(MList *ml){

if(ml == NULL){ return;} ListNode *currNode, *temp;currNode = ml->head;while(currNode!= NULL){ temp = currNode;freeNode(temp);currNode = currNode->next;} free(ml);} void addNode(MList *ml, ListNode *node){ node->next = ml->head;ml->head = node;} ListNode *parseMat(char line[]){ char tmp[MAX_CHAR];Matrix *mat = newMatrix(0, 0);char *pch, *pch1, *pstop;pch = strchr(line, '=');*pch = '';ListNode *node = newNode(line, mat);char *data = pch+2;pstop = strchr(data, ']');*pstop = '';pch = strtok(data, “;”);while(pch!= NULL){ strcpy(tmp, pch);pch1 = strtok(tmp, “ ”);mat->cols = 0;while(pch1!= NULL){ mat->data[mat->rows][mat->cols++] = atof(pch1);pch1 = strtok(NULL, “ ”);

} mat->rows++;

if(pch+strlen(pch)== pstop){ break;} pch = strtok(pch+strlen(pch)+1, “;”);} return node;} Matrix *findByName(MList *ml, char name[]){ ListNode *currNode = ml->head;while(currNode!= NULL){ if(strcmp(name, currNode->name)== 0){ return currNode->mat;} currNode = currNode->next;} return NULL;} Stack* initStack(int cap){ int i;Stack *pStack =(Stack *)malloc(sizeof(Stack));pStack->cap = cap;pStack->n = 0;pStack->arr =(Token **)malloc(cap * sizeof(Token *));for(i = 0;i arr[i] = NULL;} return pStack;} void freeStack(Stack *pStack){ int i;if(pStack->arr!= NULL){ for(i = 0;i n;i++){ free(pStack->arr[i]);}

free(pStack->arr);} free(pStack);} void reszieStack(Stack *pStack, int newCap){ int i;Token **temp =(Token **)malloc(newCap * sizeof(Token *));for(i = 0;i n;i++){ temp[i] = pStack->arr[i];} free(pStack->arr);pStack->arr = temp;pStack->cap = newCap;} void push(Stack *pStack, Token *pToken){ if(pStack->n == pStack->cap){ reszieStack(pStack, 2 * pStack->cap);} pStack->arr[pStack->n++] = pToken;} Token* pop(Stack *pStack){ Token *pToken = pStack->arr[--pStack->n];if(pStack->n > 0 && pStack->n == pStack->cap / 4){ reszieStack(pStack, pStack->cap / 2);} return pToken;} Token* top(Stack *pStack){ Token *pToken = pStack->arr[pStack->n-1];return pToken;} int getIndex(char ch)//在前面的映射中获取操作符的索引 { int index;switch(ch){ case '+':

index = 0;break;case '-': index = 1;break;case '*': index = 2;break;case '/': index = 3;break;case '^': index = 4;break;case '!': index = 5;break;case '(': index = 6;break;case ')': index = 7;break;case '#': index = 8;break;} return index;}

五、运行结果

六、心得与体会

刚开始觉得这个大作业实现并不困难，要求小于五行五列，用一个宏定义就可以解决。然后二维数组A[i][j]本身就是一个i行i列的矩阵，进行矩阵加法和减法的时候，用i=j判断维数，然后再用两个for循环将各行行列的元素相加减。进行矩阵乘法的时候，判断两个矩阵的内积是否相等，再各行各列的元素相乘放入新的一个矩阵就行。但是实际编程的过程中，遇到的包括但不限于如下问题：1.要求输入任意个数的矩阵如何做到。2.上述讲的思路仅仅局限于单独加减或单独相乘，如何做到混合运算。3.按范例输入的时候空格如何处理？4.输入矩阵错误的时候，如何做到修改矩阵（单单用二维数组无法直接修改数组元素）？

程序=数据结构+算法，通过这次作业我深深体会到了编程的特点。在翻阅了《数据结构与算法》严蔚敏版后，我用两个栈，一个存放操作符（+，-，*），另一个存放矩阵（用struct定义矩阵），再用指针指向栈顶元素，使用完后释放栈内存，这样就可以解决问题1.再用ipace函数跳过空格，解决了问题3.对于问题2,的解决，因为照范例的输入，我输入的应该是一个字符串（若用二维数组的方法输入，输入的仅仅是数值，达不到demo的要求），所以我创建了一个list然后用指针指向头结点，然后isalpha可以用来判断矩阵的名称，然后依赖头结点来判断字符串的输入(operator or martrix)，分别放入两个栈中。再者就是用switch语气，与混合运算的要求十分的契合。

这次作业让我认识了编程不能仅仅满足于课堂上的知识点，所谓师父领进门修行在个人，上面提到的数据结构，ipace function,isalpha function,都不是简简单单的认真听课能掌握的，多动手，多实践，遇到问题可能通过强大的互联网结合自己所学与思考来解决。