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实现稀疏矩阵(用三元组表示)的转置操作

程序员文章站 2022-07-12 09:53:21
...

代码+注释才是最好懂的~ 

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#define N 4
#define MaxSize 1005       // 假设非零元个数最大为1005
using namespace std;
typedef int ElemType;
typedef struct {    // 储存非零元元素信息
	int r; 		    // 所在行
	int c; 		    // 所在列
	ElemType d; 	// 元素值
}Triple;
typedef struct {
	int rows; 		 // 行数
	int cols; 		 // 列数
	int nums;		 // 非零元个数
	Triple data[MaxSize];
}TSMatrix;
void trans_way1(TSMatrix a,TSMatrix &b)
{
    b.rows = a.cols;
	b.cols = a.rows;
	b.nums = a.nums;
	if(a.nums) {    // 如果有非零元,则转置
        int q=1;
        for(int col=0;col<=a.cols;col++)
            for(int i=1;i<=a.nums;i++)
            //主要工作在这两个循环中完成,时间复杂度为O(cols*nums)
            //当非零元个数nums和rows*cols同数量级时,时间复杂度为O(cols*rows^2)
            //而一般矩阵的转置时间复杂度为O(cols*rows)
            //所以此种算法仅适用于nums << rows*cols 的情况
            if(a.data[i].c == col) {
                b.data[q].r = a.data[i].c;
                b.data[q].c = a.data[i].r;
                b.data[q].d = a.data[i].d;
                q++;
            }
	}
	return ;
}
void trans_way2_FastTrans(TSMatrix a,TSMatrix &b)
{
    b.rows = a.cols;
	b.cols = a.rows;
	b.nums = a.nums;
	if(a.nums) {
        int num[a.cols+1]={0}; // 记录a中每列的非零元个数
	    for(int i=1;i<=a.nums;i++)
            ++num[a.data[i].c];     // 统计a中每列的非零元个数
        int first[a.cols+1]={0};    // 记录a中每列第一个非零元在b.data中的序号
        first[1]=1;
        for(int col=2;col<=a.cols;col++)
            first[col] = first[col-1] + num[col-1];
        // 线性时间复杂度,最坏当nums = cols*rows,与一般矩阵的转置时间复杂度相同
        int col,q;
        for(int i=1;i<=a.nums;i++) {
            col = a.data[i].c;
            q = first[col];
            b.data[q].c = a.data[i].r;
            b.data[q].r = a.data[i].c;
            b.data[q].d = a.data[i].d;
            ++first[col];
        }
	}
	return;
}
int main()
{
	ElemType a1[N][N]={{1,0,3,0},{0,1,0,0},{0,0,1,0},{0,0,1,1}};
	ElemType b1[N][N]={{3,0,0,0},{0,4,0,0},{0,0,1,0},{0,0,0,2}};

	TSMatrix ori1;    // original 储存矩阵的初始状态
	ori1.nums = 0;
	ori1.rows = N;
	ori1.cols = N;
	for(int i=0;i<N;i++) {
		for(int j=0;j<N;j++) {
			if(a1[i][j] != 0) {
				ori1.nums++;    // 从下标1开始
				ori1.data[ori1.nums].d = a1[i][j];
				ori1.data[ori1.nums].r = i+1;    // 从第一行开始 (没有第0行/列)
				ori1.data[ori1.nums].c = j+1;    // 从第一列开始
			}
		}
	}
	TSMatrix ori1_trans;

	//方式 1
	trans_way1(ori1,ori1_trans);

    int Case = 1;
	// 检验转置是否成功
	cout << "Case " << Case++ << endl;
	int cheak[10][10];
	memset(cheak,false,sizeof cheak);
	for(int i=1;i<=ori1.nums;i++)
        cheak[ori1.data[i].r][ori1.data[i].c] = ori1.data[i].d;
    for(int i=1;i<=4;i++) {
        for(int j=1;j<=4;j++)
            cout << cheak[i][j] << " ";
        cout << endl;
    }
    cout << "------" << endl;
    memset(cheak,false,sizeof cheak);
	for(int i=1;i<=ori1_trans.nums;i++)
        cheak[ori1_trans.data[i].r][ori1_trans.data[i].c] = ori1_trans.data[i].d;
    for(int i=1;i<=4;i++) {
        for(int j=1;j<=4;j++)
            cout << cheak[i][j] << " ";
        cout << endl;
    }

    cout << "************" << endl;
    //方式 2   快速转置
    trans_way2_FastTrans(ori1,ori1_trans);

    // 检验转置是否成功
	cout << "Case " << Case++ << endl;
	memset(cheak,false,sizeof cheak);
	for(int i=1;i<=ori1.nums;i++)
        cheak[ori1.data[i].r][ori1.data[i].c] = ori1.data[i].d;
    for(int i=1;i<=4;i++) {
        for(int j=1;j<=4;j++)
            cout << cheak[i][j] << " ";
        cout << endl;
    }
    cout << "------" << endl;
    memset(cheak,false,sizeof cheak);
	for(int i=1;i<=ori1_trans.nums;i++)
        cheak[ori1_trans.data[i].r][ori1_trans.data[i].c] = ori1_trans.data[i].d;
    for(int i=1;i<=4;i++) {
        for(int j=1;j<=4;j++)
            cout << cheak[i][j] << " ";
        cout << endl;
    }

}