Gauss-Jordan法实矩阵求逆

下面是实现Gauss-Jordan法实矩阵求逆。

#include <stdlib.h>

#include <math.h>

#include <stdio.h>

int brinv(double a[], int n)

{ int *is,*js,i,j,k,l,u,v;

double d,p;

is=malloc(n*sizeof(int));

js=malloc(n*sizeof(int));

for (k=0; k<=n-1; k++)

{ d=0.0;

for (i=k; i<=n-1; i++)

for (j=k; j<=n-1; j++)

{ l=i*n+j; p=fabs(a[l]);

if (p>d) { d=p; is[k]=i; js[k]=j;}

}

if (d+1.0==1.0)

{ free(is); free(js); printf("err**not inv\n");

return(0);

}

if (is[k]!=k)

for (j=0; j<=n-1; j++)

{ u=k*n+j; v=is[k]*n+j;

p=a[u]; a[u]=a[v]; a[v]=p;

}

if (js[k]!=k)

for (i=0; i<=n-1; i++)

{ u=i*n+k; v=i*n+js[k];

p=a[u]; a[u]=a[v]; a[v]=p;

}

l=k*n+k;

a[l]=1.0/a[l];

for (j=0; j<=n-1; j++)

if (j!=k)

{ u=k*n+j; a[u]=a[u]*a[l];}

for (i=0; i<=n-1; i++)

if (i!=k)

for (j=0; j<=n-1; j++)

if (j!=k)

{ u=i*n+j;

a[u]=a[u]-a[i*n+k]*a[k*n+j];

}

for (i=0; i<=n-1; i++)

if (i!=k)

{ u=i*n+k; a[u]=-a[u]*a[l];}

}

for (k=n-1; k>=0; k--)

{ if (js[k]!=k)

for (j=0; j<=n-1; j++)

{ u=k*n+j; v=js[k]*n+j;

p=a[u]; a[u]=a[v]; a[v]=p;

}

if (is[k]!=k)

for (i=0; i<=n-1; i++)

{ u=i*n+k; v=i*n+is[k];

p=a[u]; a[u]=a[v]; a[v]=p;

}

}

free(is); free(js);

return(1);

}

void brmul(double a[], double b[],int m,int n,int k,double c[])

{ int i,j,l,u;

for (i=0; i<=m-1; i++)

for (j=0; j<=k-1; j++)

{ u=i*k+j; c[u]=0.0;

for (l=0; l<=n-1; l++)

c[u]=c[u]+a[i*n+l]*b[l*k+j];

}

return;

}

int main()

{ int i,j;

static double a[4][4]={ {0.2368,0.2471,0.2568,1.2671},

{1.1161,0.1254,0.1397,0.1490},

{0.1582,1.1675,0.1768,0.1871},

{0.1968,0.2071,1.2168,0.2271}};

static double b[4][4],c[4][4];

for (i=0; i<=3; i++)

for (j=0; j<=3; j++)

b[i][j]=a[i][j];

i=brinv(a,4);

if (i!=0)

{ printf("MAT A IS:\n");

for (i=0; i<=3; i++)

{ for (j=0; j<=3; j++)

printf("%13.7e ",b[i][j]);

printf("\n");

}

printf("\n");

printf("MAT A- IS:\n");

for (i=0; i<=3; i++)

{ for (j=0; j<=3; j++)

printf("%13.7e ",a[i][j]);

printf("\n");

}

printf("\n");

printf("MAT AA- IS:\n");

brmul(b,a,4,4,4,c);

for (i=0; i<=3; i++)

{ for (j=0; j<=3; j++)

printf("%13.7e ",c[i][j]);

printf("\n");

}

}

}

矩阵求逆的快速算法

算法介绍

矩阵求逆在3D程序中很常见，主要应用于求Billboard矩阵。按照定义的计算方法乘法运算，严重影响了性能。在需要大量Billboard矩阵运算时，矩阵求逆的优化能极大提高性能。这里要介绍的矩阵求逆算法称为全选主元高斯-约旦法。

高斯-约旦法（全选主元）求逆的步骤如下：

首先，对于 k 从 0 到 n - 1 作如下几步：

从第 k 行、第 k 列开始的右下角子阵中选取绝对值最大的元素，并记住次元素所在的行号和列号，在通过行交换和列交换将它交换到主元素位置上。这一步称为全选主元。

m(k, k) = 1 / m(k, k)

m(k, j) = m(k, j) * m(k, k)，j = 0, 1, ..., n-1；j != k

m(i, j) = m(i, j) - m(i, k) * m(k, j)，i, j = 0, 1, ..., n-1；i, j != k m(i, k) = -m(i, k) * m(k, k)，i = 0, 1, ..., n-1；i != k

最后，根据在全选主元过程中所记录的行、列交换的信息进行恢复，恢复的原则如下：在全选主元过程中，先交换的行（列）后进行恢复；原来的行（列）交换用列（行）交换来恢复。

实现(4阶矩阵)

float Inverse(CLAYMATRIX& mOut, const CLAYMATRIX& rhs)

{

CLAYMATRIX m(rhs);

DWORD is[4];

DWORD js[4];

float fDet = 1.0f;

int f = 1;

for (int k = 0; k < 4; k ++)

{

// 第一步，全选主元

float fMax = 0.0f;

for (DWORD i = k; i < 4; i ++)

{

for (DWORD j = k; j < 4; j ++)

{

const float f = Abs(m(i, j));

if (f > fMax)

{

fMax = f;

is[k] = i;

js[k] = j;

}

}

}

if (Abs(fMax) < 0.0001f)

return 0;

if (is[k] != k)

{

f = -f;

swap(m(k, 0), m(is[k], 0));

swap(m(k, 1), m(is[k], 1));

swap(m(k, 2), m(is[k], 2));

swap(m(k, 3), m(is[k], 3));

}

if (js[k] != k)

{

f = -f;

swap(m(0, k), m(0, js[k]));

swap(m(1, k), m(1, js[k]));

swap(m(2, k), m(2, js[k]));

swap(m(3, k), m(3, js[k]));

}

// 计算行列值

fDet *= m(k, k);

// 计算逆矩阵

// 第二步

m(k, k) = 1.0f / m(k, k);

// 第三步

for (DWORD j = 0; j < 4; j ++) {

if (j != k)

m(k, j) *= m(k, k);

}

// 第四步

for (DWORD i = 0; i < 4; i ++) {

if (i != k)

{

for (j = 0; j < 4; j ++)

{

if (j != k)

m(i, j) = m(i, j) - m(i, k) * m(k, j); }

}

}

// 第五步

for (i = 0; i < 4; i ++)

{

if (i != k)

m(i, k) *= -m(k, k);

}

}

for (k = 3; k >= 0; k --)

{

if (js[k] != k)

{

swap(m(k, 0), m(js[k], 0));

swap(m(k, 1), m(js[k], 1));

swap(m(k, 2), m(js[k], 2));

swap(m(k, 3), m(js[k], 3));

}

if (is[k] != k)

{

swap(m(0, k), m(0, is[k]));

swap(m(1, k), m(1, is[k]));

swap(m(2, k), m(2, is[k]));

swap(m(3, k), m(3, is[k]));

}

}

mOut = m;

return fDet * f;

}

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/uu34.html