C#,码海拾贝(24)——线性方程组求解的复系数方程组的全选主元高斯-约当消去法之C#源代码,《C#数值计算算法编程》源代码升级改进版

news2024/11/17 18:26:29

 

using System;

namespace Zhou.CSharp.Algorithm
{
    /// <summary>
    /// 求解线性方程组的类 LEquations
    /// 原作 周长发
    /// 改编 深度混淆
    /// </summary>
    public static partial class LEquations
    {
 

        /// <summary>
        /// 复系数方程组的全选主元高斯-约当消去法
        /// </summary>
        /// <param name="mtxLECoef">指定的系数矩阵</param>
        /// <param name="mtxLEConst">指定的常数矩阵</param>
        /// <param name="mtxCoefImag">系数矩阵的虚部矩阵</param>
        /// <param name="mtxConstImag">常数矩阵的虚部矩阵</param>
        /// <param name="mtxResult">Matrix对象,返回方程组解矩阵的实部矩阵</param>
        /// <param name="mtxResultImag">Matrix对象,返回方程组解矩阵的虚部矩阵</param>
        /// <return>bool 型,方程组求解是否成功</return>
        public static bool GetRootsetGaussJordan(Matrix mtxLECoef, Matrix mtxLEConst, Matrix mtxCoefImag, Matrix mtxConstImag, Matrix mtxResult, Matrix mtxResultImag)
        {
            int r, k, i, j, nIs = 0, u, v;
            double p, q, s, d;

            // 方程组的属性,将常数矩阵赋给解矩阵
            mtxResult.SetValue(mtxLEConst);
            mtxResultImag.SetValue(mtxConstImag);
            double[] pDataCoef = mtxLECoef.GetData();
            double[] pDataConst = mtxResult.GetData();
            double[] pDataCoefImag = mtxCoefImag.GetData();
            double[] pDataConstImag = mtxResultImag.GetData();
            int n = mtxLECoef.GetNumColumns();
            int m = mtxLEConst.GetNumColumns();

            // 临时缓冲区,存放变换的列数
            int[] pnJs = new int[n];

            // 消元
            for (k = 0; k <= n - 1; k++)
            {
                d = 0.0;
                for (i = k; i <= n - 1; i++)
                {
                    for (j = k; j <= n - 1; j++)
                    {
                        u = i * n + j;
                        p = pDataCoef[u] * pDataCoef[u] + pDataCoefImag[u] * pDataCoefImag[u];
                        if (p > d)
                        {
                            d = p;
                            pnJs[k] = j;
                            nIs = i;
                        }
                    }
                }

                // 求解失败
                if (Math.Abs(d) < float.Epsilon)//  d == 0.0)
                {
                    return false;
                }

                if (nIs != k)
                {
                    for (j = k; j <= n - 1; j++)
                    {
                        u = k * n + j;
                        v = nIs * n + j;
                        p = pDataCoef[u];
                        pDataCoef[u] = pDataCoef[v];
                        pDataCoef[v] = p;
                        p = pDataCoefImag[u];
                        pDataCoefImag[u] = pDataCoefImag[v];
                        pDataCoefImag[v] = p;
                    }

                    for (j = 0; j <= m - 1; j++)
                    {
                        u = k * m + j;
                        v = nIs * m + j;
                        p = pDataConst[u];
                        pDataConst[u] = pDataConst[v];
                        pDataConst[v] = p;
                        p = pDataConstImag[u];
                        pDataConstImag[u] = pDataConstImag[v];
                        pDataConstImag[v] = p;
                    }
                }

                if (pnJs[k] != k)
                {
                    for (i = 0; i <= n - 1; i++)
                    {
                        u = i * n + k;
                        v = i * n + pnJs[k];
                        p = pDataCoef[u];
                        pDataCoef[u] = pDataCoef[v];
                        pDataCoef[v] = p;
                        p = pDataCoefImag[u];
                        pDataCoefImag[u] = pDataCoefImag[v];
                        pDataCoefImag[v] = p;
                    }
                }

                v = k * n + k;
                for (j = k + 1; j <= n - 1; j++)
                {
                    u = k * n + j;
                    p = pDataCoef[u] * pDataCoef[v];
                    q = -pDataCoefImag[u] * pDataCoefImag[v];
                    s = (pDataCoef[v] - pDataCoefImag[v]) * (pDataCoef[u] + pDataCoefImag[u]);
                    pDataCoef[u] = (p - q) / d;
                    pDataCoefImag[u] = (s - p - q) / d;
                }

                for (j = 0; j <= m - 1; j++)
                {
                    u = k * m + j;
                    p = pDataConst[u] * pDataCoef[v];
                    q = -pDataConstImag[u] * pDataCoefImag[v];
                    s = (pDataCoef[v] - pDataCoefImag[v]) * (pDataConst[u] + pDataConstImag[u]);
                    pDataConst[u] = (p - q) / d;
                    pDataConstImag[u] = (s - p - q) / d;
                }

                for (i = 0; i <= n - 1; i++)
                {
                    if (i != k)
                    {
                        u = i * n + k;
                        for (j = k + 1; j <= n - 1; j++)
                        {
                            v = k * n + j;
                            u = i * n + j;
                            p = pDataCoef[u] * pDataCoef[v];
                            q = pDataCoefImag[u] * pDataCoefImag[v];
                            s = (pDataCoef[u] + pDataCoefImag[u]) * (pDataCoef[v] + pDataCoefImag[v]);
                            pDataCoef[u] = pDataCoef[u] - p + q;
                            pDataCoefImag[u] = pDataCoefImag[u] - s + p + q;
                        }

                        for (j = 0; j <= m - 1; j++)
                        {
                            u = i * m + j;
                            v = k * m + j;
                            p = pDataCoef[u] * pDataConst[v]; q = pDataCoefImag[u] * pDataConstImag[v];
                            s = (pDataCoef[u] + pDataCoefImag[u]) * (pDataConst[v] + pDataConstImag[v]);
                            pDataConst[u] = pDataConst[u] - p + q;
                            pDataConstImag[u] = pDataConstImag[u] - s + p + q;
                        }
                    }
                }
            }

            // 求解调整
            for (k = n - 1; k >= 0; k--)
            {
                if (pnJs[k] != k)
                {
                    for (j = 0; j <= m - 1; j++)
                    {
                        u = k * m + j;
                        v = pnJs[k] * m + j;
                        p = pDataConst[u];
                        pDataConst[u] = pDataConst[v];
                        pDataConst[v] = p;
                        p = pDataConstImag[u];
                        pDataConstImag[u] = pDataConstImag[v];
                        pDataConstImag[v] = p;
                    }
                }
            }

            return true;
        }
}

}

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