【高斯消元板子】
阿新 • • 發佈:2018-11-03
#include<stdio.h>///poj 2947當作板子可能更好一下 #include<algorithm> #include<iostream> #include<string.h> #include<math.h> using namespace std; const int MAXN=50; int a[MAXN][MAXN];//增廣矩陣 int x[MAXN];//解集 bool free_x[MAXN];//標記是否是不確定的變元 inline int gcd(int a,int b) { int t; while(b!=0) { t=b; b=a%b; a=t; } return a; } inline int lcm(int a,int b) { return a/gcd(a,b)*b;//先除後乘防溢位 } // 高斯消元法解方程組(Gauss-Jordan elimination).(-2表示有浮點數解,但無整數解, //-1表示無解,0表示唯一解,大於0表示無窮解,並返回自由變元的個數) //有equ個方程,var個變元。增廣矩陣行數為equ,分別為0到equ-1,列數為var+1,分別為0到var. int Gauss(int equ,int var) { int i,j,k; int max_r;// 當前這列絕對值最大的行. int col;//當前處理的列 int ta,tb; int LCM; int temp; int free_x_num; int free_index; for(int i=0;i<=var;i++) { x[i]=0; free_x[i]=true; } //轉換為階梯陣. col=0; // 當前處理的列 for(k = 0;k < equ && col < var;k++,col++) {// 列舉當前處理的行. // 找到該col列元素絕對值最大的那行與第k行交換.(為了在除法時減小誤差) max_r=k; for(i=k+1;i<equ;i++) { if(abs(a[i][col])>abs(a[max_r][col])) max_r=i; } if(max_r!=k)///當作為最簡階梯型(前面的都是0)來進行變換的,下面的思想也是 {// 與第k行交換. 交換的是原先第k行第k列到第k行最後一列的數值 for(j=k;j<var+1;j++) swap(a[k][j],a[max_r][j]); } if(a[k][col]==0) {// 交換完還是0,說明該col列第k行以下全是0了,則處理當前行的下一列. k--; //free_x[free_num++]=col;//這個是自由元 continue; } for(i=k+1;i<equ;i++) {// 列舉要刪去的行. if(a[i][col]!=0) { LCM = lcm(abs(a[i][col]),abs(a[k][col])); ta = LCM/abs(a[i][col]); tb = LCM/abs(a[k][col]); if(a[i][col]*a[k][col]<0)tb=-tb;//異號的情況是相加 for(j=col;j<var+1;j++) { a[i][j] = a[i][j]*ta-a[k][j]*tb; } } } } // 1. 無解的情況: 化簡的增廣陣中存在(0, 0, ..., a)這樣的行(a != 0). for (i = k; i < equ; i++) { // 對於無窮解來說,如果要判斷哪些是自由變元,那麼初等行變換中的交換就會影響,則要記錄交換. if (a[i][col] != 0) return -1;///此時col在於常量部分 } // 2. 無窮解的情況: 在var * (var + 1)的增廣陣中出現(0, 0, ..., 0)這樣的行,即說明沒有形成嚴格的上三角陣. // 且出現的行數即為自由變元的個數. if (k < var) { // 這個時候已經是有無窮多個解了(k<var),首先,自由變元有var - k個,即不確定的變元至少有var - k個. for (i = k - 1; i >= 0; i--) { // 第i行一定不會是(0, 0, ..., 0)的情況,因為這樣的行是在第k行到第equ行. // 同樣, 第i行一定不會是(0, 0, ..., a), a != 0的情況,這樣的無解的. free_x_num = 0; // 用於判斷該行中的不確定的變元的個數,如果超過1個,則無法求解,它們仍然為不確定的變元. for (j = 0; j < var; j++) { if (a[i][j] != 0 && free_x[j]) free_x_num++, free_index = j; } if (free_x_num > 1) continue; // 無法求解出確定的變元. // 說明就只有一個不確定的變元free_index,那麼可以求解出該變元,且該變元是確定的. temp = a[i][var]; for (j = 0; j < var; j++) { if (a[i][j] != 0 && j != free_index) temp -= a[i][j] * x[j]; } x[free_index] = temp / a[i][free_index]; // 求出該變元. free_x[free_index] = false; // 該變元是確定的. } return var - k; // 自由變元有var - k個. } // 3. 唯一解的情況: 在var * (var + 1)的增廣陣中形成嚴格的上三角陣. // 計算出Xn-1, Xn-2 ... X0. for (i = var - 1; i >= 0; i--) { temp = a[i][var]; for (j = i + 1; j < var; j++) { if (a[i][j] != 0) temp -= a[i][j] * x[j]; } ///poj2065 bin神的這個模板感覺在判斷有浮點數解,無整數解的時候有bug啊 if (temp % a[i][i] != 0) return -2; // 說明有浮點數解,但無整數解. /// int d=inv_exgcd(a[i][i],7); if(d==-1)return -2; ///當逆元=-1是也是無整數解(求逆元又必須是互質的情況下) ///感覺同時寫上這兩個比較好 x[i] = temp / a[i][i]; } return 0; } int main(void) { freopen("in.txt", "r", stdin); freopen("out.txt","w",stdout); int i, j; int equ,var; while (scanf("%d %d", &equ, &var) != EOF) { memset(a, 0, sizeof(a)); for (i = 0; i < equ; i++) { for (j = 0; j < var + 1; j++) { scanf("%d", &a[i][j]); } } // Debug(); int free_num = Gauss(equ,var); if (free_num == -1) printf("無解!\n"); else if (free_num == -2) printf("有浮點數解,無整數解!\n"); else if (free_num > 0) { printf("無窮多解! 自由變元個數為%d\n", free_num); for (i = 0; i < var; i++) { if (free_x[i]) printf("x%d 是不確定的\n", i + 1); else printf("x%d: %d\n", i + 1, x[i]); } } else { for (i = 0; i < var; i++) { printf("x%d: %d\n", i + 1, x[i]); } } printf("\n"); } return 0; }