(2011.11.11) 4_a1.cpp -- 下三角矩阵的压缩存储定义
源代码:// 4_a1.cpp -- 下三角矩阵的压缩存储定义/** -> 题目要求:* 1.已知矩阵A[5][5]是一个下三角矩阵,如下图*1 0 0 0 0*4 7 0 0 0*6 9 5 0 0*1 8 4 1 0*2 3 0 9 6* 2.要求编写算法把矩阵A采用压缩存储,存储到一维数组B[16]中;
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源代码:
// 4_a1.cpp -- 下三角矩阵的压缩存储定义
/*
* -> 题目要求:
* 1.已知矩阵A[5][5]是一个下三角矩阵,如下图
* 1 0 0 0 0
* 4 7 0 0 0
* 6 9 5 0 0
* 1 8 4 1 0
* 2 3 0 9 6
* 2.要求编写算法把矩阵A采用压缩存储,存储到一维数组B[16]中;
* 3.能依次输出B中各元素的值以验证该算法功能已实现。
* 4.此题的源程序保存为4_a1.cpp。
**/
/*
* -> 题目及相关知识点分析:
* 1. 所用知识:本次题目,要求用到的知识有数组的定义和压缩存储的方法。
* 2. 数组的定义:对于数组定义,实际上最原始的是将[n][n]的数组展开为一个n*n的一维数组。
* 3. 数组的定义:如果想用更符合思路的定义,减少计算量,还可以使用嵌套存放数据的方式来定义二维数组,
* 不过估计这样的效率不会很高,所以在各教材上才没有说。
* 4. 压缩存储的思路:
* 01.目的:实质上,题目就是要将a[5][5]每一个元素在b[16]中找到一个个相对应的元素;调用a[][],存放b[].
* 02.需求:需要知道a[i][j]跟b[n]之间的逻辑关系;
* 03.为什么题目给出16 ? 在a中,现在可以知道的是 0 < i <= 5, 0 < j <= 5;
* 04. 下三角矩阵中,右上角的元素全为零,可以放在同一个地址中,这就是所谓的压缩了。
* 05. 这样一来,5*5=25, 5*5/2+5/2+1=15个有元素的地址,再另加上一个存放0的地址,刚刚好,15+1=16。
* 06. 我想,这就是为什么题目要求将a[5][5]存放在b[16]中的原因了。
* 07. 注意,刚刚 5*5/2+5/2+1=15的原因是:
* 08. 先计算5*5一共有多少个元素,再除以2,取得半个矩阵的个数,然后再加上5/2,获得左上角与右上角的连线的元素个数的一半,
* 此时,在n为偶数的矩阵中,刚刚好可以计算出有元素的地址是多少。
* 假如,n为奇数的矩阵,因为刚刚用了两次除以2的取整除法,都会有一个余数,最后一步+1实际上就是将两次余数0.5+0.5相加。
* 09.矩阵中零元素的存放特性:可以看出,当i<j时,a[i][j]存放的就是零元素了,也就是说,这是判断存放时if-else里面的条件之一。
* 10.矩阵中下三角元素的存放特性:
* 11.b[k]-a[i][j], 0-[1][1], 1-[2][1], 2-[2][2], 3-[3][1], 4-[3][2], 5-[3][3], 6-[4][1], 7-[4][2], 8-[4][3], 9-[4][4]
* 可以看出,在每一行中,当j从0递增到i时,即停止,进入i递增,实际上,我们要算出的就是从上面数下来,数了多少个数。
* 先观察k与i的规律,可以看出,k = k-1+i,仔细列出表可以看出0+1+2+3+4+...i = k,即该式为一次方求和公式,i(i-1)/2,0<i<n
* 以前数学没学好,费了N大的功夫,终于把一次方求和的公式推出来了,最后,只差一步,j,整个完整的公式就是i(i-1)/2+j-1
* 晕:做数据结构的题目简直就是在做数学题目啊~
* 附:一次方求和公式推导过程:1+2+3+...n = s, s = n(n-1)/2,图表 c = r = n
* 数值:1 2 3 4 5 6,下面将数值以列的方式1+1+1=数值的方式排列出来
* 1 1 1 1 1 1
* 0 1 1 1 1 1
* 0 0 1 1 1 1
* 0 0 0 1 1 1
* 0 0 0 0 1 1
* 0 0 0 0 0 1
* 假如将1加到6就是将第1列的1移到第5列中,第2列中的1移到第4列中,这样刚刚可以看出,在这个一矩阵中,6*6,
* 而满1的位置刚刚占了整个矩阵的一半,跟刚刚所说的原理一样,6*6/2+(对角线)6/2=6*(6+1)/2, 即n(n+1)/2
* 由于这时需要用到的情况是下标从零开始的,所以,n = n - 1, 式子就变为 (n-1)n/2,于是i(i-1)/2就出来啦。
* 12.这样一来,总结一下下三角矩阵算法中b[k]与a[i][j]之间的关系:
* i >= j 时,k = i(i-1)/2 +j-1
* i < j 时,k = n-1最后一位存放0
**/
#include <iostream>
using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;
class TwiArr
{
private:
double * ta; // 存放顺序表的数组
int arrsize; // 记录矩阵行列长度
int maxsize; // 记录顺序表总长度
enum a{defaultsize = 5};// 默认矩阵行列长度
int leftsize; // 记录现在的位置
// 构造、析构
void init(int ms)
{
int judgejo(ms % 2); // 用于判断奇偶
if (judgejo == 0) // 偶数
{
maxsize = ms * ms / 2 + ms / 2;
}
else // 奇数
{
maxsize = ms * ms / 2 + ms / 2 + 2;
}
ta = new double[maxsize]; // 将数组中的数将被初始化为零
for (int i = 0; i != maxsize; ++i)
{
ta[i] = 0;
}
arrsize = ms;
leftsize = 0;
return;
}
void removeall()
{
delete [] ta;
leftsize = 0;
maxsize = 0;
return;
}
public:
// 构造,析构
TwiArr(int ms = defaultsize){init(ms);}
~TwiArr(){removeall();}
// 修改距阵中的值
void changeelem(const double &, int vi, int vj);
// 显示距阵
void display();
};
/*
* 函数名称:TwiArr::display
* 函数功能:将两种形式显示TwiArr.ta里面的值。
* 函数参数:无。
*/
void TwiArr::display()
{
cout << "-> 以下数组以b[k]的顺序显示:" << endl;
cout << " ";
for (int i = 0; i != maxsize; ++i)
{
cout << ta[i];
if (i != maxsize - 1)
cout << " | ";
else
cout << endl;
}
cout << endl;
cout << "-> 以下数组以a[i][j]的顺序显示:" << endl;
for (int i = 1; i <= arrsize; ++i)
{
cout << " ";
for (int j = 1; j <= arrsize; ++j)
{
if ( i < j)
{
cout << ta[(maxsize - 1)] ;
}
else
{
cout << ta[(i*(i-1)/2 + j-1)];
}
cout << " ";
}
cout << endl;
}
return ;
}
/*
* 函数名称:TwiArr::changeelem
* 函数功能:将单个元素的值赋入TwiArr中的数据成员*ta里面存储。
* 函数参数:该函数有三个形参,第一个为double形用于修改二维数组里面值的参数
* 第二个与第三个为用于用户调用的二维数组的行与列。
*/
void TwiArr::changeelem(const double & value,int vi, int vj)
{
if ( vi < vj) // 因为这个为下三角矩阵,所以当vi<vj时,直接返回,如果程序再完善,这里还应出现错误信息。
{
return;
}
else
{
ta[(vi*(vi-1)/2 + vj-1)] = value;
}
return;
}
// --------------------------------------------------------- main start -----------------------------------------------
int main()
{
cout << "----------------------- 现在开始二维数组的顺序表测试 ---------------------------\n";
cout << " -> 刚开始测试时,未赋值的数组:\n\n";
TwiArr test;
test.display();
cout << endl;
cout << endl << " -> 现开始赋值后的测试:\n\n";
void giveValue(TwiArr &);
giveValue(test);
test.display();
system("pause");
return 0;
}
void giveValue(TwiArr & test)
{
/* 给二维数组初始化下面的值
* 1 0 0 0 0
* 4 7 0 0 0
* 6 9 5 0 0
* 1 8 4 1 0
* 2 3 0 9 6
*/
test.changeelem(1, 1, 1);
test.changeelem(4, 2, 1);
test.changeelem(7, 2, 2);
test.changeelem(6, 3, 1);
test.changeelem(9, 3, 2);
test.changeelem(5, 3, 3);
test.changeelem(1, 4, 1);
test.changeelem(8, 4, 2);
test.changeelem(4, 4, 3);
test.changeelem(1, 4, 4);
test.changeelem(2, 5, 1);
test.changeelem(3, 5, 2);
test.changeelem(0, 5, 3);
test.changeelem(9, 5, 4);
test.changeelem(6, 5, 5);
return;
}
运行结果:
----------------------- 现在开始二维数组的顺序表测试 ---------------------------
-> 刚开始测试时,未赋值的数组:
-> 以下数组以b[k]的顺序显示:
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0
-> 以下数组以a[i][j]的顺序显示:
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
-> 现开始赋值后的测试:
-> 以下数组以b[k]的顺序显示:
1 | 4 | 7 | 6 | 9 | 5 | 1 | 8 | 4 | 1 | 2 | 3 | 0 | 9 | 6 | 0
-> 以下数组以a[i][j]的顺序显示:
1 0 0 0 0
4 7 0 0 0
6 9 5 0 0
1 8 4 1 0
2 3 0 9 6
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