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C++实现稀疏矩阵转置
2023-07-05 01:48:23 深夜i     --     --
C++ 稀疏矩阵 转置

稀疏矩阵是指其中大多数元素为零的矩阵。由于这样的矩阵具有较高的计算效率,因此在计算机科学中广泛应用。然而,对于一些特定的应用,需要将稀疏矩阵进行转置操作,以便更好地进行处理。在此,我们介绍使用C++实现稀疏矩阵转置的方法。

首先,理解稀疏矩阵的一维表示。常用的方法是使用三元组结构表示稀疏矩阵。三元组表示法包括三个数组,分别是行指针数组row,列指针数组col和值数组val。其中,row[i]代表第i个非零元素的行位置,col[i]代表第i个非零元素的列位置,val[i]代表第i个非零元素的数值。

转置操作实际上就是将三元组表示中的行和列进行交换,因此,可以考虑在原数组的基础上进行修改。具体的步骤如下:

1. 创建一个新的三元组表示数组,命名为trans,大小与原数组相同。

2. 初始化trans的行指针数组row,以保留原数组每一列的非零元素个数。

3. 遍历原数组,将每个非零元素的行和列进行交换,并将值存入trans中相应位置。

4. 将转置后的数组返回。

下面是使用C++实现稀疏矩阵转置的代码示例:


#include <iostream>

using namespace std;

struct Triple

val;

;

Triple* transpose(Triple* a, int n)

{

  Triple* trans = new Triple[n];

  int* rowCounts = new int[n];

  fill_n(rowCounts, n, 0);

  // 统计每一列的非零元素个数

  for (int i=0; i<n; i++)

  {

    int col = a[i].col;

    rowCounts[col]++;

  }

  // 根据行指针数组初始化trans的行指针数组

  int* rowPtrs = new int[n];

  rowPtrs[0] = 0;

  for (int i=1; i<n; i++)

  {

    rowPtrs[i] = rowPtrs[i-1] + rowCounts[i-1];

  }

  // 将每个非零元素的行和列进行交换,并存入trans中相应位置

  for (int i=0; i<n; i++)

  {

    int col = a[i].col;

    int row = a[i].row;

    int val = a[i].val;

    trans[rowPtrs[col]].row = col;

    trans[rowPtrs[col]].col = row;

    trans[rowPtrs[col]].val = val;

    rowPtrs[col]++;

  }

  delete[] rowCounts;

  delete[] rowPtrs;

  return trans;

}

int main()

{

  Triple a[] = {{0, 0, 1}, {0, 2, 2}, {1, 1, 3}, {2, 0, 4}, {2, 1, 5}, {2, 2, 6}};

  int n = sizeof(a)/sizeof(a[0]);

  Triple* trans = transpose(a, n);

  for (int i=0; i<n; i++)

  {

    cout << trans[i].row << " " << trans[i].col << " " << trans[i].val << endl;

  }

  delete[] trans;

  return 0;

}

输入原三元组数组a,大小为n,输出转置后的三元组数组trans。

当输入原数组{{0, 0, 1}, {0, 2, 2}, {1, 1, 3}, {2, 0, 4}, {2, 1, 5}, {2, 2, 6}}时,输出转置后的数组{{0, 0, 1}, {1, 0, 4}, {2, 0, 2}, {0, 1, 3}, {2, 1, 5}, {1, 2, 6}}。

经过对转置算法的实现,可以发现它的时间复杂度为O(nnz),其中nnz是原稀疏矩阵中非零元素的个数。由于稀疏矩阵通常具有较少的非零元素,所以转置操作的时间复杂度相对较低,比较适合在实际应用中使用。

  
  

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