Java数值计算算法源代码

/* * 操作矩阵的类 Matrix * * 周长发编制 */ package javaalgorithm.algorithm; /** * 操作矩阵的类 Matrix * @author 周长发 * @version 1.0 */ public class Matrix { private int numColumns = 0; // 矩阵列数 private int numRows = 0; // 矩阵行数 private double eps = 0.0; // 缺省精度 private double[] elements = null; // 矩阵数据缓冲区 /** * 基本构造函数 */ public Matrix() { numColumns = 1; numRows = 1; init(numRows, numColumns); } /** * 指定行列构造函数 * * @param nRows - 指定的矩阵行数 * @param nCols - 指定的矩阵列数 */ public Matrix(int nRows, int nCols) { numRows = nRows; numColumns = nCols; init(numRows, numColumns); } /** * 指定值构造函数 * * @param nRows - 指定的矩阵行数 * @param nCols - 指定的矩阵列数 * @param value - 一维数组，长度为nRows*nCols，存储矩阵各元素的值 */ public Matrix(int nRows, int nCols, double[] value) { numRows = nRows; numColumns = nCols; init(numRows, numColumns); setData(value); } /** * 方阵构造函数 * * @param nSize - 方阵行列数 */ public Matrix(int nSize) { numRows = nSize; numColumns = nSize; init(nSize, nSize); } /** * 方阵构造函数 * * @param nSize - 方阵行列数 * @param value - 一维数组，长度为nRows*nRows，存储方阵各元素的值 */ public Matrix(int nSize, double[] value) { numRows = nSize; numColumns = nSize; init(nSize, nSize); setData(value); } /** * 拷贝构造函数 * * @param other - 源矩阵 */ public Matrix( Matrix other) { numColumns = other.getNumColumns(); numRows = other.getNumRows(); init(numRows, numColumns); setData(other.elements); } /** * 初始化函数 * * @param nRows - 指定的矩阵行数 * @param nCols - 指定的矩阵列数 * @return boolean, 成功返回true, 否则返回false */ public boolean init(int nRows, int nCols) { numRows = nRows; numColumns = nCols; int nSize = nCols*nRows; if (nSize < 0) return false; // 分配内存 elements = new double[nSize]; return true; } /** * 设置矩阵运算的精度 * * @param newEps - 新的精度值 */ public void setEps(double newEps) { eps = newEps; } /** * 取矩阵的精度值 * * @return double型，矩阵的精度值 */ public double getEps() { return eps; } /** * 将方阵初始化为单位矩阵 * * @param nSize - 方阵行列数 * @return boolean 型，初始化是否成功 */ public boolean makeUnitMatrix(int nSize) { if (! init(nSize, nSize)) return false; for (int i=0; i<nSize; ++i) for (int j=0; j<nSize; ++j) if (i == j) setElement(i, j, 1); return true; } /** * 将矩阵各元素的值转化为字符串, 元素之间的分隔符为",", 行与行之间有回车换行符 * @return String 型，转换得到的字符串 */ public String toString() { return toString(",", true); } /** * 将矩阵各元素的值转化为字符串 * * @param sDelim - 元素之间的分隔符 * @param bLineBreak - 行与行之间是否有回车换行符 * @return String 型，转换得到的字符串 */ public String toString(String sDelim, boolean bLineBreak) { String s=""; for (int i=0; i<numRows; ++i) { for (int j=0; j<numColumns; ++j) { String ss = new Float(getElement(i, j)).toString(); s += ss; if (bLineBreak) { if (j != numColumns-1) s += sDelim; } else { if (i != numRows-1 || j != numColumns-1) s += sDelim; } } if (bLineBreak) if (i != numRows-1) s += "\r\n"; } return s; } /** * 将矩阵指定行中各元素的值转化为字符串 * * @param nRow - 指定的矩阵行，nRow = 0表示第一行 * @param sDelim - 元素之间的分隔符 * @return String 型，转换得到的字符串 */ public String toStringRow(int nRow, String sDelim) { String s = ""; if (nRow >= numRows) return s; for (int j=0; j<numColumns; ++j) { String ss = new Float(getElement(nRow, j)).toString(); s += ss; if (j != numColumns-1) s += sDelim; } return s; } /** * 将矩阵指定列中各元素的值转化为字符串 * * @param nCol - 指定的矩阵行，nCol = 0表示第一列 * @param sDelim - 元素之间的分隔符 * @return String 型，转换得到的字符串 */ public String toStringCol(int nCol, String sDelim /*= " "*/) { String s = ""; if (nCol >= numColumns) return s; for (int i=0; i<numRows; ++i) { String ss = new Float(getElement(i, nCol)).toString(); s += ss; if (i != numRows-1) s += sDelim; } return s; } /** * 设置矩阵各元素的值 * * @param value - 一维数组，长度为numColumns*numRows，存储 * 矩阵各元素的值 */ public void setData(double[] value) { elements = (double[])value.clone(); } /** * 设置指定元素的值 * * @param nRow - 元素的行 * @param nCol - 元素的列 * @param value - 指定元素的值 * @return boolean 型，说明设置是否成功 */ public boolean setElement(int nRow, int nCol, double value) { if (nCol < 0 || nCol >= numColumns || nRow < 0 || nRow >= numRows) return false; // array bounds error elements[nCol + nRow * numColumns] = value; return true; } /** * 获取指定元素的值 * * @param nRow - 元素的行 * @param nCol - 元素的列 * @return double 型，指定元素的值 */ public double getElement(int nRow, int nCol) { return elements[nCol + nRow * numColumns] ; } /** * 获取矩阵的列数 * * @return int 型，矩阵的列数 */ public int getNumColumns() { return numColumns; } /** * 获取矩阵的行数 * @return int 型，矩阵的行数 */ public int getNumRows() { return numRows; } /** * 获取矩阵的数据 * * @return double型数组，指向矩阵各元素的数据缓冲区 */ public double[] getData() { return elements; } /** * 获取指定行的向量 * * @param nRow - 向量所在的行 * @param pVector - 指向向量中各元素的缓冲区 * @return int 型，向量中元素的个数，即矩阵的列数 */ public int getRowVector(int nRow, double[] pVector) { for (int j=0; j<numColumns; ++j) pVector[j] = getElement(nRow, j); return numColumns; } /** * 获取指定列的向量 * * @param nCol - 向量所在的列 * @param pVector - 指向向量中各元素的缓冲区 * @return int 型，向量中元素的个数，即矩阵的行数 */ public int getColVector(int nCol, double[] pVector) { for (int i=0; i<numRows; ++i) pVector[i] = getElement(i, nCol); return numRows; } /** * 给矩阵赋值 * * @param other - 用于给矩阵赋值的源矩阵 * @return Matrix型，阵与other相等 */ public Matrix setValue(Matrix other) { if (other != this) { init(other.getNumRows(), other.getNumColumns()); setData(other.elements); } // finally return a reference to ourselves return this ; } /** * 判断矩阵否相等 * * @param other - 用于比较的矩阵 * @return boolean 型，两个矩阵相等则为true，否则为false */ public boolean equal(Matrix other) { // 首先检查行列数是否相等 if (numColumns != other.getNumColumns() || numRows != other.getNumRows()) return false; for (int i=0; i<numRows; ++i) { for (int j=0; j<numColumns; ++j) { if (Math.abs(getElement(i, j) - other.getElement(i, j)) > eps) return false; } } return true; } /** * 实现矩阵的加法 * * @param other - 与指定矩阵相加的矩阵 * @return Matrix型，指定矩阵与other相加之和 */ public Matrix add(Matrix other) { // 首先检查行列数是否相等 if (numColumns != other.getNumColumns() || numRows != other.getNumRows()) return null; // 构造结果矩阵 Matrix result = new Matrix(this) ; // 拷贝构造 // 矩阵加法 for (int i = 0 ; i < numRows ; ++i) { for (int j = 0 ; j < numColumns; ++j) result.setElement(i, j, result.getElement(i, j) + other.getElement(i, j)) ; } return