c语言 分而治之(施特拉森矩阵乘法)

news2025/1/11 5:00:18

给定两个大小分别为 nxn 的方阵 A 和 B,求它们的乘法矩阵。 
朴素方法:以下是两个矩阵相乘的简单方法。

void multiply(int A[][N], int B[][N], int C[][N])
{
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        for (int j = 0; j < N; j++)
        {
            C[i][j] = 0;
            for (int k = 0; k < N; k++)
            {
                C[i][j] += A[i][k]*B[k][j];
            }
        }
    }

上述方法的时间复杂度为O(N 3 )。 

基本的 C 语言实现施特拉森矩阵乘法的示例代码:

#include <stdio.h>

void strassen(int n, int A[][n], int B[][n], int C[][n]) {
    if (n == 1) {
        C[0][0] = A[0][0] * B[0][0];
        return;
    }
    
    int newSize = n / 2;
    int A11[newSize][newSize], A12[newSize][newSize], A21[newSize][newSize], A22[newSize][newSize];
    int B11[newSize][newSize], B12[newSize][newSize], B21[newSize][newSize], B22[newSize][newSize];
    int C11[newSize][newSize], C12[newSize][newSize], C21[newSize][newSize], C22[newSize][newSize];
    int P1[newSize][newSize], P2[newSize][newSize], P3[newSize][newSize], P4[newSize][newSize], P5[newSize][newSize], P6[newSize][newSize], P7[newSize][newSize];
    int temp1[newSize][newSize], temp2[newSize][newSize];
    
    for (int i = 0; i < newSize; i++) {
        for (int j = 0; j < newSize; j++) {
            A11[i][j] = A[i][j];
            A12[i][j] = A[i][j + newSize];
            A21[i][j] = A[i + newSize][j];
            A22[i][j] = A[i + newSize][j + newSize];
            
            B11[i][j] = B[i][j];
            B12[i][j] = B[i][j + newSize];
            B21[i][j] = B[i + newSize][j];
            B22[i][j] = B[i + newSize][j + newSize];
        }
    }
    
    // Compute the seven products
    // P1 = A11 * (B12 - B22)
    // P2 = (A11 + A12) * B22
    // P3 = (A21 + A22) * B11
    // P4 = A22 * (B21 - B11)
    // P5 = (A11 + A22) * (B11 + B22)
    // P6 = (A12 - A22) * (B21 + B22)
    // P7 = (A11 - A21) * (B11 + B12)
    
    // Calculate the intermediate matrices P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7
    
    // Compute submatrices C11, C12, C21, C22 using the products
    // C11 = P5 + P4 - P2 + P6
    // C12 = P1 + P2
    // C21 = P3 + P4
    // C22 = P5 + P1 - P3 - P7
    
    // Construct the final matrix C using the submatrices C11, C12, C21, C22
}

int main() {
    int n;
    printf("Enter the size of the matrices: ");
    scanf("%d", &n);
    
    int A[n][n], B[n][n], C[n][n];
    
    printf("Enter matrix A:\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            scanf("%d", &A[i][j]);
        }
    }
    
    printf("Enter matrix B:\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            scanf("%d", &B[i][j]);
        }
    }
    
    strassen(n, A, B, C);
    
    printf("Matrix product C:\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            printf("%d ", C[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    
    return 0;
}
        注意,上述代码主要展示了施特拉森矩阵乘法的基本思路,具体的矩阵拆分、计算以及结果合并部分需要进一步完善。实现施特拉森矩阵乘法需要一定的数学知识和编程技巧,确保正确理解算法原理后再进行实现。

分而治之 :
以下是两个方阵相乘的简单分而治之方法。 
1、将矩阵 A 和 B 分为 4 个大小为 N/2 x N/2 的子矩阵,如下图所示。 
2、递归计算以下值。 ae + bg、af + bh、ce + dg 和 cf + dh。 

执行:

#include <stdio.h>

#define MAX_SIZE 10

// Function to multiply two matrices using Divide and Conquer
void strassenMatrixMultiply(int n, int A[MAX_SIZE][MAX_SIZE], int B[MAX_SIZE][MAX_SIZE], int C[MAX_SIZE][MAX_SIZE]) {
    if (n == 1) {
        C[0][0] = A[0][0] * B[0][0];
        return;
    }
    
    int newSize = n / 2;
    int A11[MAX_SIZE][MAX_SIZE], A12[MAX_SIZE][MAX_SIZE], A21[MAX_SIZE][MAX_SIZE], A22[MAX_SIZE][MAX_SIZE];
    int B11[MAX_SIZE][MAX_SIZE], B12[MAX_SIZE][MAX_SIZE], B21[MAX_SIZE][MAX_SIZE], B22[MAX_SIZE][MAX_SIZE];
    int C11[MAX_SIZE][MAX_SIZE], C12[MAX_SIZE][MAX_SIZE], C21[MAX_SIZE][MAX_SIZE], C22[MAX_SIZE][MAX_SIZE];
    
    int i, j;
    
    // Divide matrices A and B into submatrices
    for (i = 0; i < newSize; i++) {
        for (j = 0; j < newSize; j++) {
            A11[i][j] = A[i][j];
            A12[i][j] = A[i][j + newSize];
            A21[i][j] = A[i + newSize][j];
            A22[i][j] = A[i + newSize][j + newSize];
            
            B11[i][j] = B[i][j];
            B12[i][j] = B[i][j + newSize];
            B21[i][j] = B[i + newSize][j];
            B22[i][j] = B[i + newSize][j + newSize];
        }
    }
    
    int M1[MAX_SIZE][MAX_SIZE], M2[MAX_SIZE][MAX_SIZE], M3[MAX_SIZE][MAX_SIZE], M4[MAX_SIZE][MAX_SIZE],
        M5[MAX_SIZE][MAX_SIZE], M6[MAX_SIZE][MAX_SIZE], M7[MAX_SIZE][MAX_SIZE];
    
    // Calculate M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7 using submatrices
    // (Refer to Strassen matrix multiplication algorithm for details)
    
    // Calculate submatrices C11, C12, C21, C22 using M1...M7
    
    // Combine submatrices C11, C12, C21, C22 into final matrix C
}

int main() {
    int n;
    
    printf("Enter the size of the matrices: ");
    scanf("%d", &n);
    
    int A[MAX_SIZE][MAX_SIZE], B[MAX_SIZE][MAX_SIZE], C[MAX_SIZE][MAX_SIZE];
    
    printf("Enter matrix A:\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            scanf("%d", &A[i][j]);
        }
    }
    
    printf("Enter matrix B:\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            scanf("%d", &B[i][j]);
        }
    }
    
    strassenMatrixMultiply(n, A, B, C);
    
    printf("Matrix product C:\n");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            printf("%d ", C[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    
    return 0;

注意,实现施特拉森矩阵乘法需要考虑矩阵大小以及递归结束条件等情况,确保正确理解算法逻辑并正确实现细节部分。 

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