編制函數(shù)實(shí)現(xiàn)矩陣運(yùn)算

編制函數(shù)實(shí)現(xiàn)矩陣運(yùn)算C語言課程設(shè)計(jì)報(bào)告2012年9月1日目錄設(shè)計(jì)目的與要求2總體設(shè)計(jì)2詳細(xì)設(shè)計(jì)2調(diào)試分析13設(shè)計(jì)總結(jié)及心得體會16答辯記錄16教師意見171.1設(shè)計(jì)目的：鞏固對C語言基本知識與技能的掌握，并且利用所學(xué)解決簡單的程序設(shè)計(jì)問題。1.2.1設(shè)計(jì)要求：任選所給題目之一，也可以自己找難度相當(dāng)?shù)念}目。其中A級題目可以一人完成也可以兩人合作完成，B級要求個(gè)人單獨(dú)完成。要對源程序進(jìn)行注釋和分析，并且工整書寫程序。1.2.2題目：編制不同的函數(shù)實(shí)現(xiàn)以下矩陣運(yùn)算的功能要求矩陣加減；（b）矩陣數(shù)乘；（c）矩陣乘法；（d）矩陣轉(zhuǎn)置。2.總體設(shè)計(jì)2.1開始主函數(shù)流程圖：開始選擇運(yùn)算類型進(jìn)行運(yùn)算并輸出結(jié)果結(jié)束選擇運(yùn)算類型進(jìn)行運(yùn)算并輸出結(jié)果結(jié)束轉(zhuǎn)置數(shù)乘減法加法轉(zhuǎn)置數(shù)乘減法加法乘法乘法是是是否再次運(yùn)算是否再次運(yùn)算否否2.2子函數(shù)流程圖（1）加法、減法、乘法運(yùn)算函數(shù)流程圖（2）轉(zhuǎn)置、數(shù)乘運(yùn)算函數(shù)流程圖開始開始開始開始開辟存放二維數(shù)組的空間開辟存放二維數(shù)組的空間開辟存放二維數(shù)組的空間開辟存放二維數(shù)組的空間判斷兩個(gè)矩陣是否可以進(jìn)行運(yùn)算判斷兩個(gè)矩陣是否可以進(jìn)行運(yùn)算輸入矩陣數(shù)據(jù)并顯示輸入矩陣數(shù)據(jù)并顯示是是進(jìn)行運(yùn)算并顯示結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算并顯示結(jié)果輸入矩陣數(shù)據(jù)并顯示輸入矩陣數(shù)據(jù)并顯示釋放二維數(shù)組空間進(jìn)行運(yùn)算并顯示結(jié)果釋放二維數(shù)組空間進(jìn)行運(yùn)算并顯示結(jié)果釋放二維數(shù)組空間釋放二維數(shù)組空間否否結(jié)束結(jié)束結(jié)束結(jié)束3.詳細(xì)設(shè)計(jì)整個(gè)程序由一個(gè)主函數(shù)和五個(gè)子函數(shù)組成。主函數(shù)中通過調(diào)用子函數(shù)來完成運(yùn)算過程，這樣使得主函數(shù)看起來清晰明了，需要修改時(shí)也方便簡潔，符合模塊化設(shè)計(jì)的原則。在主函數(shù)中定義了兩個(gè)整型變量ch1和ch2，將ch1的值初始化為1，以保證第一次計(jì)算的運(yùn)行，在每一次計(jì)算結(jié)束后都會顯示“重新運(yùn)算？”，根據(jù)提示輸入數(shù)字賦值給ch1，從而決定是否執(zhí)行while循環(huán)中的內(nèi)容。ch2是用來選擇運(yùn)算類型的，主函數(shù)源代碼如下：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>intmain(){ voidcheng();/*函數(shù)聲明*/ voidadd(); voidjian(); voidshucheng(); voidzhuanzhi(); intch1=1,ch2; while(ch1==1)/*設(shè)置循環(huán)，在一次運(yùn)行里可以進(jìn)行多次運(yùn)算*/{printf("請選擇運(yùn)算類型\n1:加法\n2:減法\n3:乘法\n4:數(shù)乘\n5:轉(zhuǎn)置\n");/*顯示選項(xiàng)，選擇運(yùn)算類型*/scanf("%d",&ch2);if(ch2==1)add();/*根據(jù)不同的選擇，執(zhí)行相應(yīng)的函數(shù)*/if(ch2==2)jian();if(ch2==3)cheng();if(ch2==4)shucheng();if(ch2==5)zhuanzhi();printf("重新運(yùn)算？\n1是0否\n");/*顯示提示，根據(jù)提示輸入選項(xiàng)選擇是否繼續(xù)計(jì)算,不繼續(xù)便結(jié)束程序*/scanf("%d",&ch1);} return0;}各種運(yùn)算所對應(yīng)的函數(shù)如下：加法voidadd()；減法voidjian()；乘法voidcheng()；數(shù)乘voidshucheng()；轉(zhuǎn)置voidzhuanzhi()。每個(gè)子函數(shù)都沒有返回值，都是在子函數(shù)內(nèi)部完成運(yùn)算，并顯示結(jié)果。每個(gè)子函數(shù)都是在一開始的時(shí)候詢問矩陣的行數(shù)以及列數(shù)，然后根據(jù)顯示的提示來輸入數(shù)字，再將輸入的數(shù)據(jù)賦給各自相應(yīng)的整型變量。這樣子設(shè)計(jì)是為了根據(jù)需要的大小來開辟二維數(shù)組空間，而不是從一開始就定義好數(shù)組及其大小，如inta[80][80]。根據(jù)需要開辟二維數(shù)組可以避免浪費(fèi)原本不必要占用的空間，更具有靈活性，不會將矩陣的行數(shù)和列數(shù)限制在特定的范圍內(nèi)，如a[80][80]最多只能用來存放80行*80列的方陣，即便將80改成800，也是有所限制的。對于數(shù)乘和轉(zhuǎn)置，是單個(gè)矩陣的運(yùn)算，所以不用判斷輸入的矩陣之間是否可以計(jì)算。但是進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，兩個(gè)矩陣之間的行數(shù)和列數(shù)要都相等才能執(zhí)行計(jì)算，所以需要判斷計(jì)算的可行性，如果行數(shù)和列數(shù)之中有一項(xiàng)不相等便不能運(yùn)算，結(jié)束程序；進(jìn)行乘法運(yùn)算時(shí)，根據(jù)線性代數(shù)的相關(guān)知識，若是矩陣A*B，那么矩陣A的列數(shù)就要等于矩陣B的行數(shù)，否則不可以計(jì)算，同樣結(jié)束程序，且兩個(gè)矩陣相乘得出的矩陣的行數(shù)與矩陣A相等，列數(shù)與矩陣B相等。子函數(shù)中，在計(jì)算結(jié)束之后，用free函數(shù)釋放之前開辟的二維數(shù)組空間。由于用到了malloc函數(shù)開辟空間和free函數(shù)，所以在開頭要加上#include<stdlib.h>。各個(gè)子函數(shù)源代碼如下：voidcheng()/*定義實(shí)現(xiàn)矩陣乘法的函數(shù)*/{inti=0,j=0,line1=0,row1=0,line2=0,row2=0,n;int**p=NULL;/*p是二重指針，用來存儲二維數(shù)組（即矩陣）*/int**q=NULL;/*q是二重指針，用來存儲二維數(shù)組（即矩陣）*/int**result=NULL;/*result是二重指針，用來存儲二維數(shù)組（即矩陣）*/printf("***(溫馨提示：矩陣的乘法要求前一個(gè)矩陣的列數(shù)等于后一個(gè)矩陣的行數(shù))***\n");printf("請輸入矩陣1的行數(shù)：\n");scanf("%d",&row1);printf("請輸入矩陣1的列數(shù)：\n");scanf("%d",&line1);p=(int**)malloc(sizeof(int*)*row1);/*將p強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為(int**)型的指針，并且根據(jù)需要的行數(shù)開辟行指針空間*/if(NULL==p){exit(0);}/*如果根據(jù)需要開辟的指針為空指針，便結(jié)束程序*/for(i=0;i<row1;i++){*(p+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*line1);}/*根據(jù)需要的列數(shù)開辟列指針空間*/if(NULL==*(p+i)){exit(0);}printf("請輸入矩陣2的行數(shù)：\n");scanf("%d",&row2);printf("請輸入矩陣2的列數(shù)：\n");scanf("%d",&line2);if(line1!=row2)/*判斷兩個(gè)矩陣是否可以相乘（即第一個(gè)矩陣的列數(shù)是否等于第二個(gè)矩陣的行數(shù)*/{ printf("無法相乘!\n"); exit(0);}q=(int**)malloc(sizeof(int*)*row2);if(NULL==q){exit(0);}for(i=0;i<row2;i++){*(q+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*line2);}if(NULL==*(q+i)){exit(0);}if(line1==row2)/*若滿足兩個(gè)矩陣可以相乘的條件，便可賦值并執(zhí)行運(yùn)算*/{ intline,row;line=line2;row=row1;result=(int**)malloc(sizeof(int*)*row);/*開辟第三個(gè)二維數(shù)組，用來存放運(yùn)算結(jié)果*/if(NULL==p){exit(0);}for(i=0;i<row;i++){*(result+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*line);}if(NULL==*(result+i)){exit(0);}printf("請輸入矩陣A：");/*輸入矩陣數(shù)據(jù)（按二維數(shù)組存放）*/for(i=0;i<row1;i++){for(j=0;j<line1;j++)scanf("%d",&p[i][j]);}printf("\n原本的矩陣A是：\n");for(i=0;i<row1;i++){for(j=0,n=1;j<line1;j++,n++)/*當(dāng)輸入數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)是矩陣列數(shù)的整數(shù)倍時(shí)，換行顯示（即顯示成矩陣的形式）*/{if((n%line1==0)&&(j!=0))printf("%d\n",p[i][j]);elseprintf("%d\t",p[i][j]);}}printf("請輸入矩陣B：");for(i=0;i<row2;i++){for(j=0;j<line2;j++)scanf("%d",&q[i][j]);}printf("\n原本的矩陣B是：\n");for(i=0;i<row2;i++){for(j=0,n=1;j<line2;j++,n++){if((n%line==0)&&(j!=0))printf("%d\n",q[i][j]);elseprintf("%d\t",q[i][j]);}}for(i=0;i<row;i++){for(j=0;j<line;j++)result[i][j]=0;}intk=0;for(i=0;i<row;i++)for(j=0;j<line;j++)for(k=0;k<line1;k++)result[i][j]+=p[i][k]*q[k][j];printf("\n兩個(gè)矩陣相乘的結(jié)果是：\n");for(i=0;i<row;i++){for(j=0,n=1;j<line;j++,n++){if((n%line==0)&&(j!=0))printf("%d\n",result[i][j]);elseprintf("%d\t",result[i][j]);}}for(i=0;i<row1;i++)/*釋放原本根據(jù)需要開辟的指針空間*/{free(*(p+i));p[i]=NULL;}free(p);p=NULL;for(i=0;i<row2;i++){free(*(q+i));q[i]=NULL;}free(q);q=NULL;for(i=0;i<row;i++){free(*(result+i));result[i]=NULL;}free(result);result=NULL;}}voidshucheng()/*定義實(shí)現(xiàn)矩陣數(shù)乘的函數(shù)*/{ inti=0,j=0,line=0,row=0,n=1,k; int**p=NULL; int**q=NULL; printf("請輸入矩陣的行數(shù)："); scanf("%d",&row); printf("請輸入矩陣的列數(shù)："); scanf("%d",&line); p=(int**)malloc(sizeof(int*)*row); if(NULL==p) exit(0); for(i=0;i<row;i++) {*(p+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*line); if(NULL==*(p+i)) exit(0);} for(i=0;i<row;i++) {for(j=0;j<line;j++) scanf("%d",&p[i][j]);} printf("原本的矩陣是：\n"); for(i=0;i<row;i++) {for(j=0;j<line;j++,n++) {if((n%line==0)&&(j!=0)) printf("%d\n",p[i][j]); else printf("%d",p[i][j]);} } printf("\n"); q=(int**)malloc(sizeof(int*)*row); if(NULL==q) exit(0); for(i=0;i<row;i++) {*(q+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*line); if(NULL==*(q+i)) exit(0);} printf("\n請輸入需要數(shù)乘的數(shù)："); scanf("%d",&k); for(i=0;i<row;i++) {for(j=0;j<line;j++) q[i][j]=k*(p[i][j]);}printf("\n數(shù)乘后的矩陣是：\n"); for(i=0;i<row;i++) {for(j=0,n=1;j<line;j++,n++) {if((n%line==0)&&(j!=0)) printf("%d\n",q[i][j]); else printf("%d",q[i][j]);} } for(i=0;i<row;i++) {free(*(p+i)); p[i]=NULL;} free(p); p=NULL; for(i=0;i<row;i++) {free(*(q+i)); q[i]=NULL;} free(q); q=NULL;}voidzhuanzhi()/*定義實(shí)現(xiàn)矩陣轉(zhuǎn)置的函數(shù)*/{ inti=0,j=0,line=0,row=0,n=1; int**p=NULL; int**q=NULL; printf("請輸入矩陣的行數(shù)："); scanf("%d",&row); printf("請輸入矩陣的列數(shù)："); scanf("%d",&line); p=(int**)malloc(sizeof(int*)*row); if(NULL==p) exit(0); for(i=0;i<row;i++) {*(p+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*line); if(NULL==*(p+i)) exit(0);} printf("請輸入矩陣:\n"); for(i=0;i<row;i++) {for(j=0;j<line;j++) scanf("%d",&p[i][j]);} printf("原本的矩陣是：\n"); for(i=0;i<row;i++) {for(j=0;j<line;j++,n++) {if((n%line==0)&&(j!=0)) printf("%d\n",p[i][j]); else printf("%d",p[i][j]);} } printf("\n"); q=(int**)malloc(sizeof(int*)*line); if(NULL==q) exit(0); for(i=0;i<line;i++) {*(q+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*row); if(NULL==*(q+i)) exit(0);} for(i=0;i<row;i++) {for(j=0;j<line;j++) q[j][i]=p[i][j];}/*原矩陣和轉(zhuǎn)置后的矩陣行數(shù)和列數(shù)對調(diào)*/ printf("轉(zhuǎn)置后的矩陣是：\n"); for(i=0;i<line;i++) {for(j=0,n=1;j<row;j++,n++) {if((n%row==0)&&(j!=0)) printf("%d\n",q[i][j]); else printf("%d",q[i][j]);} } printf("\n"); for(i=0;i<row;i++) {free(*(p+i)); p[i]=NULL;} free(p); p=NULL; for(i=0;i<line;i++) {free(*(q+i)); q[i]=NULL;} free(q); q=NULL;}voidjian()/*定義實(shí)現(xiàn)矩陣減法的函數(shù)*/{ inti=0,j=0,line1=0,row1=0,line2=0,row2=0,n=1; int**p=NULL; int**q=NULL; int**result=NULL; printf("請輸入矩陣1的行數(shù)："); scanf("%d",&row1); printf("請輸入矩陣1的列數(shù)："); scanf("%d",&line1); p=(int**)malloc(sizeof(int*)*row1); if(NULL==p) exit(0); for(i=0;i<row1;i++) {*(p+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*line1); if(NULL==*(p+i)) exit(0);} printf("請輸入矩陣1："); for(i=0;i<row1;i++) {for(j=0;j<line1;j++) scanf("%d",&p[i][j]);} printf("原本的矩陣1是：\n"); for(i=0;i<row1;i++) {for(j=0;j<line1;j++,n++) {if((n%line1==0)&&(j!=0)) printf("%d\n",p[i][j]); else printf("%d\t",p[i][j]);} } printf("\n"); printf("請輸入矩陣2的行數(shù)："); scanf("%d",&row2); printf("請輸入矩陣2的列數(shù)："); scanf("%d",&line2); if((line1!=line2)||(row1!=row2))/*判斷兩個(gè)矩陣是否可以相減，如果兩個(gè)矩陣的行數(shù)不等或者列數(shù)不等即不可相減，結(jié)束程序*/ {printf("\n無法相減！\n"); exit(0);} q=(int**)malloc(sizeof(int*)*row2); if(NULL==q) exit(0); for(i=0;i<row2;i++) {*(q+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*line2); if(NULL==*(q+i)) exit(0);} printf("請輸入矩陣2："); for(i=0;i<row2;i++) {for(j=0;j<line2;j++) scanf("%d",&q[i][j]);} printf("原本的矩陣2是：\n"); for(i=0;i<row2;i++) {for(j=0,n=1;j<line2;j++,n++) {if((n%line2==0)&&(j!=0))/*若兩個(gè)矩陣行數(shù)和列數(shù)都相等，執(zhí)行運(yùn)算*/ printf("%d\n",q[i][j]); else printf("%d\t",q[i][j]);} } introw,line; if((row1==row2)&&(line1==line2)) {row=row1; line=line1; result=(int**)malloc(sizeof(int*)*row); if(NULL==result) exit(0); for(i=0;i<row;i++) {*(result+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*line); if(NULL==*(result+i)) exit(0);} } printf("\n"); for(i=0;i<row;i++) {for(j=0;j<line;j++) result[i][j]=p[i][j]-q[i][j];} printf("\n運(yùn)算后的結(jié)果是：\n"); for(i=0;i<row;i++) {for(j=0,n=1;j<line;j++,n++) {if((n%line==0)&&(j!=0)) printf("%d\n",result[i][j]); else printf("%d\t",result[i][j]);}} for(i=0;i<row;i++) {free(*(p+i)); p[i]=NULL;} free(p); p=NULL; for(i=0;i<row;i++) {free(*(q+i)); q[i]=NULL;} free(q); q=NULL; for(i=0;i<row;i++) {free(*(result+i)); result[i]=NULL;} free(result); result=NULL;} voidadd()/*定義實(shí)現(xiàn)矩陣加法的函數(shù)*/{ inti=0,j=0,line1=0,row1=0,line2=0,row2=0,n=1; int**p=NULL; int**q=NULL; int**result=NULL; printf("請輸入矩陣1的行數(shù)："); scanf("%d",&row1); printf("請輸入矩陣1的列數(shù)："); scanf("%d",&line1); p=(int**)malloc(sizeof(int*)*row1); if(NULL==p) exit(0); for(i=0;i<row1;i++) {*(p+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*line1); if(NULL==*(p+i)) exit(0);} printf("請輸入矩陣1："); for(i=0;i<row1;i++) {for(j=0;j<line1;j++) scanf("%d",&p[i][j]);} printf("原本的矩陣1是：\n"); for(i=0;i<row1;i++) {for(j=0;j<line1;j++,n++) {if((n%line1==0)&&(j!=0)) printf("%d\n",p[i][j]); else printf("%d\t",p[i][j]);} } printf("\n"); printf("請輸入矩陣2的行數(shù)："); scanf("%d",&row2); printf("請輸入矩陣2的列數(shù)："); scanf("%d",&line2); if((line1!=line2)||(row1!=row2)) {printf("\n無法相加！\n"); exit(0);} q=(int**)malloc(sizeof(int*)*row2); if(NULL==q) exit(0); for(i=0;i<row2;i++) {*(q+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*line2); if(NULL==*(q+i)) exit(0);} printf("請輸入矩陣2："); for(i=0;i<row2;i++) {for(j=0;j<line2;j++) scanf("%d",&q[i][j]);} printf("原本的矩陣2是：\n"); for(i=0;i<row2;i++) {for(j=0,n=1;j<line2;j++,n++) {if((n%line2==0)&&(j!=0)) printf("%d\n",q[i][j]); else printf("%d\t",q[i][j]);} } introw,line; if((row1==row2)&&(line1==line2)) {row=row1; line=line1; result=(int**)malloc(sizeof(int*)*row); if(NULL==result) exit(0); for(i=0;i<row;i++) {*(result+i)=(int*)malloc(sizeof(int)*line); if(NULL==*(result+i)) exit(0);} } printf("\n"); for(i=0;i<row;i++) {for(j=0;j<line;j++) result[i][j]=p[i][j]+q[i][j];} printf("\n運(yùn)算后的結(jié)果是：\n"); for(i=0;i<row;i++) {for(j=0,n=1;j<line;j++,n++) {if((n%line==0)&&(j!=0)) printf("%d\n",result[i][j]); else printf("%d\t",result[i][j]);}} for(i=0;i<row;i++) {free(*(p+i)); p[i]=NULL;} free(p); p=NULL; for(i=0;i<row;i++) {free(*(q+i)); q[i]=NULL;} free(q); q=NULL; for(i=0;i<row;i++) {free(*(result+i)); result[i]=NULL;} free(result); result=NULL;}4.調(diào)試分析：先把各個(gè)函數(shù)分開調(diào)試，運(yùn)行無誤后再把所有函數(shù)放入同一個(gè)文件中運(yùn)行，這樣有利于快速找出錯(cuò)誤并改正。下圖是主函數(shù)運(yùn)行出現(xiàn)的首畫面：以下先以乘法為例，展示不能計(jì)算時(shí)的運(yùn)行結(jié)果：接下來從加法開始，展示運(yùn)算的過程：（減法與加法類似，在此不進(jìn)行贅述）若選擇“1是”便會再次出現(xiàn)選擇運(yùn)算類型的選項(xiàng)如下圖所示是乘法運(yùn)行結(jié)果：以下是數(shù)乘：以下是轉(zhuǎn)置：5.設(shè)計(jì)總結(jié)及心得體會：由于本人c語言水平有限，本程序雖然能夠通過while循環(huán)來達(dá)到多次運(yùn)算的目的，但是每次的運(yùn)算都只能是兩個(gè)矩陣進(jìn)行計(jì)算，而后將計(jì)算結(jié)果賦值給第三方，不能做到一次性將多個(gè)矩陣相加（或相減、相乘等等）。這是本程序的一大缺點(diǎn)。不過本程序是動態(tài)開辟二維數(shù)組并且到函數(shù)結(jié)尾釋放所占用的空間，運(yùn)用到了與二維指針有關(guān)的c語言知識，鞏固了過去所學(xué)。還多次運(yùn)用到for語句，感到for語句的使用比while和do…while型簡潔靈活一些，適用范圍也更廣泛。而且本函數(shù)需要特別注意循環(huán)的嵌套。在調(diào)試時(shí)不僅要關(guān)注程序是否能順利進(jìn)行，還要關(guān)注計(jì)算結(jié)果是否正確，要有一定的線性代數(shù)的知識。?參考文獻(xiàn)：《c程序設(shè)計(jì)（第四版）》譚浩強(qiáng)著清華大學(xué)出版社《線性代數(shù)》陳建龍周建華韓瑞珠周后型編科學(xué)出版社6.答辯記錄：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________7.教師意見：______________________________________________________________________________________________________________________________________