| 1 | #include <stdio.h> |
|---|
| 2 | #include <stdlib.h> |
|---|
| 3 | |
|---|
| 4 | #include <string.h> |
|---|
| 5 | |
|---|
| 6 | #include "matrix.h" |
|---|
| 7 | |
|---|
| 8 | matrix* matrix_new( int row, int col ){ |
|---|
| 9 | matrix* m; |
|---|
| 10 | int i; |
|---|
| 11 | |
|---|
| 12 | m = (matrix*)malloc(sizeof(matrix)); |
|---|
| 13 | |
|---|
| 14 | m->row = row; |
|---|
| 15 | m->col = col; |
|---|
| 16 | |
|---|
| 17 | m->var = (double**)malloc(sizeof(double*)*row); |
|---|
| 18 | for( i = 0 ; i < row ; i++ ){ |
|---|
| 19 | m->var[i] = (double*)malloc(sizeof(double)*col); |
|---|
| 20 | memset( m->var[i], 0, sizeof(double)*col ); |
|---|
| 21 | } |
|---|
| 22 | |
|---|
| 23 | return m; |
|---|
| 24 | } |
|---|
| 25 | |
|---|
| 26 | void matrix_free( matrix* m ){ |
|---|
| 27 | |
|---|
| 28 | int i; |
|---|
| 29 | |
|---|
| 30 | for( i = 0 ; i < m->row ; i++ ){ |
|---|
| 31 | free(m->var[i]); |
|---|
| 32 | } |
|---|
| 33 | free(m->var); |
|---|
| 34 | free(m); |
|---|
| 35 | |
|---|
| 36 | } |
|---|
| 37 | |
|---|
| 38 | void matrix_init( matrix* m, double* src ){ |
|---|
| 39 | |
|---|
| 40 | int i, j; |
|---|
| 41 | int width = m->col; |
|---|
| 42 | |
|---|
| 43 | for( j = 0 ; j < m->row ; j++ ) |
|---|
| 44 | for( i = 0 ; i < width ; i++ ) |
|---|
| 45 | m->var[j][i] = src[j*width+i]; |
|---|
| 46 | |
|---|
| 47 | } |
|---|
| 48 | |
|---|
| 49 | void matrix_extract( double* dst, matrix* m ){ |
|---|
| 50 | |
|---|
| 51 | int i, j; |
|---|
| 52 | int width = m->col; |
|---|
| 53 | |
|---|
| 54 | for( j = 0 ; j < m->row ; j++ ) |
|---|
| 55 | for( i = 0 ; i < width ; i++ ) |
|---|
| 56 | dst[j*width+i] = m->var[j][i]; |
|---|
| 57 | |
|---|
| 58 | } |
|---|
| 59 | |
|---|
| 60 | void matrix_load_identity( matrix* m ){ |
|---|
| 61 | |
|---|
| 62 | int i, j, iter; |
|---|
| 63 | |
|---|
| 64 | if( m->col != m->row ) |
|---|
| 65 | return; |
|---|
| 66 | |
|---|
| 67 | iter = m->col; |
|---|
| 68 | for( j = 0 ; j < iter ; j++ ) |
|---|
| 69 | for( i = 0 ; i < iter ; i++ ) |
|---|
| 70 | if( i == j ) |
|---|
| 71 | m->var[j][i] = 1.0; |
|---|
| 72 | else |
|---|
| 73 | m->var[j][i] = 0.0; |
|---|
| 74 | |
|---|
| 75 | } |
|---|
| 76 | |
|---|
| 77 | matrix* matrix_transpose( matrix* m ){ |
|---|
| 78 | |
|---|
| 79 | int i, j; |
|---|
| 80 | matrix* t; |
|---|
| 81 | |
|---|
| 82 | t = matrix_new( m->col, m->row ); |
|---|
| 83 | for( j = 0 ; j < m->row ; j++ ){ |
|---|
| 84 | for( i = 0 ; i < m->col ; i++ ){ |
|---|
| 85 | t->var[i][j] = m->var[j][i]; |
|---|
| 86 | } |
|---|
| 87 | } |
|---|
| 88 | return t; |
|---|
| 89 | } |
|---|
| 90 | |
|---|
| 91 | matrix* matrix_multiple( matrix* a, matrix* b ){ |
|---|
| 92 | |
|---|
| 93 | matrix* m; |
|---|
| 94 | int col, row, iter; |
|---|
| 95 | int i, j, k; |
|---|
| 96 | |
|---|
| 97 | if( a->col != b->row ) |
|---|
| 98 | return NULL; |
|---|
| 99 | |
|---|
| 100 | row = a->row; |
|---|
| 101 | col = b->col; |
|---|
| 102 | |
|---|
| 103 | iter = a->col; |
|---|
| 104 | |
|---|
| 105 | m = matrix_new( row, col ); |
|---|
| 106 | for( j = 0 ; j < row ; j++ ){ |
|---|
| 107 | for( i = 0 ; i < col ; i++ ){ |
|---|
| 108 | for( k = 0 ; k < iter ; k++ ){ |
|---|
| 109 | m->var[j][i] += a->var[j][k]*b->var[k][i]; |
|---|
| 110 | } |
|---|
| 111 | } |
|---|
| 112 | } |
|---|
| 113 | return m; |
|---|
| 114 | |
|---|
| 115 | } |
|---|
| 116 | |
|---|
| 117 | matrix* matrix_inv( matrix* m ){ |
|---|
| 118 | |
|---|
| 119 | matrix *inv, *n; |
|---|
| 120 | int iter, i, j, k; |
|---|
| 121 | |
|---|
| 122 | double v; |
|---|
| 123 | |
|---|
| 124 | double tmp; |
|---|
| 125 | int max_key; |
|---|
| 126 | |
|---|
| 127 | if( m->col != m->row ) |
|---|
| 128 | return NULL; |
|---|
| 129 | |
|---|
| 130 | iter = m->row; |
|---|
| 131 | inv = matrix_new( m->row, m->col ); |
|---|
| 132 | n = matrix_new( m->row, m->col*2 ); |
|---|
| 133 | |
|---|
| 134 | // copy it |
|---|
| 135 | for( j = 0 ; j < iter ; j++ ) |
|---|
| 136 | for( i = 0 ; i < iter ; i++ ) |
|---|
| 137 | n->var[j][i] = m->var[j][i]; |
|---|
| 138 | |
|---|
| 139 | // insert identity matrix |
|---|
| 140 | for( i = 0 ; i < iter ; i++ ) |
|---|
| 141 | n->var[i][i+iter] = 1.0; |
|---|
| 142 | |
|---|
| 143 | // start gauss elimination |
|---|
| 144 | for( i = 0 ; i < iter ; i++ ){ |
|---|
| 145 | |
|---|
| 146 | // find max |
|---|
| 147 | max_key = i; |
|---|
| 148 | for( j = i+1 ; j < iter ; j++ ) |
|---|
| 149 | if( n->var[j][i] > n->var[max_key][i] ) |
|---|
| 150 | max_key = j; |
|---|
| 151 | |
|---|
| 152 | // swap with current row |
|---|
| 153 | if( max_key != i ){ |
|---|
| 154 | for( j = 0 ; j < iter*2 ; j++ ){ |
|---|
| 155 | tmp = n->var[i][j]; |
|---|
| 156 | n->var[i][j] = n->var[max_key][j]; |
|---|
| 157 | n->var[max_key][j] = tmp; |
|---|
| 158 | } |
|---|
| 159 | } |
|---|
| 160 | |
|---|
| 161 | // normalize |
|---|
| 162 | v = n->var[i][i]; |
|---|
| 163 | for( j = i+1 ; j < iter*2 ; j++ ) |
|---|
| 164 | n->var[i][j] /= v; |
|---|
| 165 | |
|---|
| 166 | for( j = i+1 ; j < iter ; j++ ){ |
|---|
| 167 | v = n->var[j][i]; |
|---|
| 168 | n->var[j][i] = 0.0; |
|---|
| 169 | for( k = i+1 ; k < iter*2 ; k++ ){ |
|---|
| 170 | n->var[j][k] -= n->var[i][k]*v; |
|---|
| 171 | } |
|---|
| 172 | } |
|---|
| 173 | |
|---|
| 174 | } |
|---|
| 175 | for( i = iter-2 ; i >= 0 ; i-- ){ |
|---|
| 176 | |
|---|
| 177 | for( j = i ; j >= 0 ; j-- ){ |
|---|
| 178 | v = n->var[j][i+1]; |
|---|
| 179 | for( k = 0 ; k < iter*2 ; k++ ){ |
|---|
| 180 | n->var[j][k] -= n->var[i+1][k]*v; |
|---|
| 181 | } |
|---|
| 182 | } |
|---|
| 183 | } |
|---|
| 184 | |
|---|
| 185 | // copy it |
|---|
| 186 | for( j = 0 ; j < iter ; j++ ) |
|---|
| 187 | for( i = 0 ; i < iter ; i++ ) |
|---|
| 188 | inv->var[j][i] = n->var[j][i+iter]; |
|---|
| 189 | |
|---|
| 190 | matrix_free(n); |
|---|
| 191 | |
|---|
| 192 | return inv; |
|---|
| 193 | } |
|---|
| 194 | |
|---|
| 195 | |
|---|
| 196 | void matrix_print( matrix* m ){ |
|---|
| 197 | |
|---|
| 198 | int i, j; |
|---|
| 199 | for( j = 0 ; j < m->row ; j++ ){ |
|---|
| 200 | for( i = 0 ; i < m->col ; i++ ){ |
|---|
| 201 | fprintf( stdout, "%3.5lf ", m->var[j][i] ); |
|---|
| 202 | } |
|---|
| 203 | fprintf( stdout, "\n" ); |
|---|
| 204 | } |
|---|
| 205 | fprintf( stdout, "\n" ); |
|---|
| 206 | |
|---|
| 207 | } |
|---|