數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)-- 稀疏矩陣的運(yùn)算

1、<p><b>　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　題目: 稀疏矩陣的運(yùn)算 </p><p>　　院 系： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 計(jì)算機(jī)10-*班

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： 201030**** </p><p>　　學(xué)生姓名： ****** 　　 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 　</p><p>　　2011年 12 月 28 日</p><p>　　課程

3、設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程 學(xué)院 </p><p>　　2011年 11 月 8 日 </p><p><b>　　目　　錄</b></p><p><b>　　1 問題描述1</b><

4、;/p><p><b>　　2 需求分析1</b></p><p><b>　　3 總體設(shè)計(jì)2</b></p><p>　　3.1 Matrix結(jié)構(gòu)的定義2</p><p>　　3.2 系統(tǒng)流程圖3</p><p><b>　　4 詳細(xì)設(shè)計(jì)4</b>

5、;</p><p>　　4.1 “菜單”界面4</p><p>　　4.2 建立矩陣4</p><p>　　4.3 顯示矩陣6</p><p>　　4.4 矩陣的轉(zhuǎn)置7</p><p>　　4.5 矩陣的加法運(yùn)算8</p><p>　　4.6 矩陣的減法運(yùn)算9</p>

6、<p>　　4.7 矩陣的乘法運(yùn)算9</p><p><b>　　5 程序運(yùn)行11</b></p><p>　　5.1 輸入矩陣11</p><p>　　5.2 矩陣轉(zhuǎn)置11</p><p>　　5.3 矩陣加法12</p><p>　　5.4 矩陣減法12</p>

7、;<p>　　5.5 矩陣乘法12</p><p>　　5.6 退出及錯(cuò)誤提示13</p><p><b>　　6 總結(jié)13</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p><b>　　1 問題描述</b></p>

8、<p>　　題目內(nèi)容：設(shè)計(jì)稀疏矩陣運(yùn)算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)稀疏矩陣的加法、減法、乘法以及轉(zhuǎn)置操作。</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)選擇三元組存儲(chǔ)方式；</p><p>　　實(shí)現(xiàn)一個(gè)稀疏矩陣的轉(zhuǎn)置運(yùn)算；</p><p>　　實(shí)現(xiàn)兩個(gè)稀疏矩陣的加法運(yùn)算；</p>

9、;<p>　　實(shí)現(xiàn)兩個(gè)稀疏矩陣的減法運(yùn)算；</p><p>　　實(shí)現(xiàn)兩個(gè)稀疏矩陣的乘法運(yùn)算。</p><p>　　設(shè)計(jì)目的：通過本次課程設(shè)計(jì)，了解稀疏矩陣的一些基本運(yùn)算操作，并通過 相關(guān)的程序代碼實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　2 需求分析</b></p><p>　　經(jīng)過本次的課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)為

10、稀疏矩陣運(yùn)算系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能如下：</p><p>　　建立矩陣：只有先建立了矩陣，才能夠?qū)仃囘M(jìn)行運(yùn)算操作，包括建立矩陣A和矩陣B；</p><p>　　轉(zhuǎn)置運(yùn)算操作：對(duì)矩陣A或者矩陣B進(jìn)行轉(zhuǎn)置運(yùn)算，輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)置矩陣；</p><p>　　四則運(yùn)算操作：該步驟由兩個(gè)矩陣同時(shí)參與，對(duì)其進(jìn)行加法運(yùn)算(A+B)、減法運(yùn)算(A-B)以及乘法運(yùn)算(A*B和B*A)；&l

11、t;/p><p>　　退出：當(dāng)做完矩陣的運(yùn)算操作之后，就可以點(diǎn)擊它退出該界面。</p><p>　　在這次設(shè)計(jì)中用到了一些變量和函數(shù)，例如：void Display(Matrix M)；int Max(int i,int j)；Matrix Zero(Matrix M)等，下面會(huì)做進(jìn)一步詳細(xì)的介紹。</p><p><b>　　3 總體設(shè)計(jì)</b>

12、</p><p>　　3.1 Matrix結(jié)構(gòu)的定義</p><p>　　struct Matrix{</p><p>　　int H;//矩陣的行數(shù)</p><p>　　int L;//矩陣的列數(shù)</p><p>　　int fly;//矩陣中的非零元個(gè)數(shù)</p><p>　　int

13、 zhi[Maxsize][Maxsize];//非零元值[所在行][所在列]</p><p><b>　　}; </b></p><p><b>　　操作集合：</b></p><p>　　Matrix Enter(Matrix M);//建立矩陣M</p><p>　　void Displ

14、ay(Matrix M);//顯示矩陣M</p><p>　　void Transpose(Matrix M);//M矩陣的轉(zhuǎn)置</p><p>　　void Add(Matrix M,Matrix N);//求和運(yùn)算 A+B</p><p>　　void Sub(Matrix M,Matrix N);//求差運(yùn)算 A-B</p><p&

15、gt;　　void Multi(Matrix M,Matrix N);//求積運(yùn)算 A*B</p><p>　　int Max(int i,int j);//求最大值</p><p>　　Matrix Zero(Matrix M);//矩陣所有元素賦值為0</p><p><b>　　3.2 系統(tǒng)流程圖</b></p>&l

16、t;p>　　該運(yùn)算系統(tǒng)的系統(tǒng)流程圖如圖1所示：</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)流程圖</b></p><p><b>　　4 詳細(xì)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 “菜單”界面</p><p>　　進(jìn)入稀疏矩陣運(yùn)算系統(tǒng)后的“菜單”界面如圖2所示。</p><

17、;p>　　圖2 “菜單”界面</p><p><b>　　4.2 建立矩陣</b></p><p>　　矩陣在建立之后才能夠進(jìn)行運(yùn)算操作，建立矩陣A和矩陣B，調(diào)用函數(shù)Enter(M)，首先根據(jù)所輸入的矩陣M的行數(shù)H和列數(shù)L，建立H*L的矩陣M，并且調(diào)用函數(shù)Zero(M)將其所有元素均賦值為0；其次再根據(jù)所輸入矩陣M的非零元個(gè)數(shù)fly做循環(huán)控制變量，按提示輸入非

18、零元所在的行h和列l(wèi)以及非零元的值，如果輸入的行h或者列l(wèi)大于矩陣M的行H或列L，則提示輸入錯(cuò)誤；最后將非零元的值保存在矩陣M中的相應(yīng)位置。程序如下：</p><p>　　Matrix Enter(Matrix M)//建立矩陣</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<"請(qǐng)輸入矩陣的行數(shù)和

19、列數(shù):";</p><p>　　cin>>M.H>>M.L;</p><p>　　cout<<"請(qǐng)輸入矩陣的非零元個(gè)數(shù):";</p><p>　　cin>>M.fly;</p><p>　　cout<<endl;</p><p>

20、　　if(M.fly>(M.H*M.L))</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<"非零元個(gè)數(shù)多于矩陣元素總數(shù),請(qǐng)重新輸入!"<<endl;</p><p>　　cout<<"請(qǐng)重新輸入矩陣的非零元個(gè)數(shù):";</p>

21、<p>　　cin>>M.fly;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　M=Zero(M);</p><p><b>　　int h;</b></p><p><b>　　int l;</b></p><p&g

22、t;　　for(int n=1;n<=M.fly;n++)//輸入非零元所在的行、列和值</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<"請(qǐng)輸入第"<<n<<"個(gè)非零元所在的行和列:";</p><p>　　cin>>h&g

23、t;>l;</p><p>　　if(h>M.H||l>M.L)//行列輸入錯(cuò)誤提示</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<"行列輸入錯(cuò)誤,請(qǐng)重新輸入:"<<endl;</p><p>　　cout<<&quo

24、t;請(qǐng)重新輸入第"<<n<<"個(gè)非零元所在的行和列:";</p><p>　　cin>>h>>l;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout<<"請(qǐng)輸入該非零元的值:";</p><p&g

25、t;　　cin>>M.zhi[h][l];</p><p>　　cout<<endl;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　return M;</b></p><p><b>　　}</b></p><

26、p>　　注：該函數(shù)中調(diào)用的Zero()函數(shù)的功能為將矩陣M根據(jù)行數(shù)H和列數(shù)L把所有的元素賦值為0，代碼如下：</p><p>　　Matrix Zero(Matrix M)//矩陣所有元素賦值為0</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(int i=1;i<=M.H;i++)</p>

27、<p>　　for(int j=1;j<=M.L;j++)</p><p>　　M.zhi[i][j]=0;</p><p><b>　　return M;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　4.3 顯示矩陣</b>&l

28、t;/p><p>　　建立好矩陣以后，為了驗(yàn)證所建立的矩陣是否成功，以及在后期運(yùn)算時(shí)矩陣的顯示，設(shè)計(jì)該函數(shù)，能更直觀的看到輸入以及輸出的矩陣，代碼如下：</p><p>　　void Display(Matrix M)//顯示矩陣</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int count=0;<

29、/p><p>　　cout<<"矩陣為:"<<endl;</p><p>　　for(int i=1;i<=M.H;i++)</p><p>　　for(int j=1;j<=M.L;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p&g

30、t;　　printf("%-4d",M.zhi[i][j]);</p><p><b>　　count++;</b></p><p>　　if(count==M.L)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cout<<endl;</p>

31、;<p><b>　　count=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout<<endl;</p><p><b>　　}</b></p>

32、<p><b>　　4.4 矩陣的轉(zhuǎn)置</b></p><p>　　該函數(shù)實(shí)現(xiàn)的是矩陣A或矩陣B的轉(zhuǎn)置操作，通過對(duì)矩陣的行和列進(jìn)行調(diào)換，利用for()循環(huán)語句實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣A或矩陣B的轉(zhuǎn)置，其代碼如下：</p><p>　　void Transpose(Matrix M)//矩陣轉(zhuǎn)置</p><p><b>　　{<

33、/b></p><p><b>　　C.H=M.L;</b></p><p><b>　　C.L=M.H;</b></p><p>　　cout<<"原來的";</p><p>　　Display(M);</p><p>　　for(in

34、t i=1;i<=M.L;i++)</p><p>　　for(int j=1;j<=M.H;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　C.zhi[i][j]=M.zhi[j][i];</p><p><b>　　}</b></p><p&

35、gt;　　cout<<"轉(zhuǎn)置后的";</p><p>　　Display(C);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.5 矩陣的加法運(yùn)算</p><p>　　實(shí)現(xiàn)兩個(gè)矩陣之間的加法運(yùn)算，即A+B，其代碼如下：</p><p>　　void

36、 Add(Matrix M,Matrix N)//A+B</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int n1=Max(M.H,N.H);</p><p>　　int n2=Max(M.L,N.L);</p><p><b>　　C.H=n1;</b></p>

37、<p><b>　　C.L=n2;</b></p><p>　　C=Zero(C);</p><p>　　for(int i=1;i<=n1;i++)</p><p>　　for(int j=1;j<=n2;j++)</p><p><b>　　{</b></p>

38、<p>　　C.zhi[i][j]=M.zhi[i][j]+N.zhi[i][j];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　cout<<" A+B 的運(yùn)算結(jié)果";</p><p>　　Display(C);</p><p><b>　　}<

39、/b></p><p>　　4.6 矩陣的減法運(yùn)算</p><p>　　實(shí)現(xiàn)兩個(gè)矩陣之間的減法運(yùn)算，即A－B，其代碼如下：</p><p>　　void Sub(Matrix M,Matrix N)//A-B</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int n1=Ma

40、x(M.H,N.H);</p><p>　　int n2=Max(M.L,N.L);</p><p><b>　　C.H=n1;</b></p><p><b>　　C.L=n2;</b></p><p>　　C=Zero(C);</p><p>　　for(int i=1;

41、i<=n1;i++)</p><p>　　for(int j=1;j<=n2;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　C.zhi[i][j]=M.zhi[i][j]-N.zhi[i][j];</p><p><b>　　}</b></p>&l

42、t;p>　　cout<<" A-B 的運(yùn)算結(jié)果";</p><p>　　Display(C);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.7 矩陣的乘法運(yùn)算</p><p>　　實(shí)現(xiàn)兩個(gè)矩陣之間的乘法運(yùn)算，即A*B，如果矩陣A的列數(shù)和矩陣B的行數(shù)不相同,則無法

43、進(jìn)行乘法運(yùn)算，系統(tǒng)會(huì)提示錯(cuò)誤，其代碼如下：</p><p>　　void Multi(Matrix M,Matrix N)//A*B</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(M.L!=N.H)</p><p><b>　　{</b></p><p>

44、;　　cout<<"矩陣A的列數(shù)和矩陣B的行數(shù)不相同,無法進(jìn)行乘法運(yùn)算!\n";</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　if(M.L==N.H)</p><p><b>　　{</b&

45、gt;</p><p><b>　　C.H=M.H;</b></p><p><b>　　C.L=N.L;</b></p><p>　　C=Zero(C);</p><p>　　for(int i=1;i<=Maxsize;i++)</p><p>　　for(int

46、j=1;j<=Maxsize;j++)</p><p>　　for(int k=1;k<=Maxsize;k++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　C.zhi[i][j]+=M.zhi[i][k]*N.zhi[k][j];</p><p><b>　　}</b>

47、;</p><p>　　cout<<"運(yùn)算結(jié)果";</p><p>　　Display(C);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　5 程序運(yùn)行</b>

48、;</p><p><b>　　5.1 輸入矩陣</b></p><p>　　運(yùn)行該運(yùn)算系統(tǒng)，進(jìn)入“菜單”選項(xiàng)以后，輸入“1”，選擇“輸入矩陣A”，運(yùn)算結(jié)果如圖3所示；輸入“2”，選擇“輸入矩陣B”，運(yùn)算結(jié)果如圖4所示：</p><p>　　圖3 輸入矩陣A 圖4 輸入矩陣B &l

49、t;/p><p><b>　　5.2 矩陣轉(zhuǎn)置</b></p><p>　　輸入矩陣A和矩陣B以后，在“菜單”提示下，輸入“3”，進(jìn)行矩陣A的轉(zhuǎn)置，運(yùn)算結(jié)果如圖5所示；輸入“4”，進(jìn)行矩陣B的轉(zhuǎn)置，運(yùn)算結(jié)果如圖6所示：</p><p>　　圖5 矩陣A的轉(zhuǎn)置 圖6 矩陣B的轉(zhuǎn)置

50、 </p><p><b>　　5.3 矩陣加法</b></p><p>　　在“菜單”提示下，輸入“5”，進(jìn)行兩個(gè)矩陣的加法運(yùn)算，即A+B，運(yùn)算結(jié)果如圖7所示：</p><p><b>　　圖7 矩陣加法</b></p

51、><p><b>　　5.4 矩陣減法</b></p><p>　　在“菜單”提示下，輸入“6”，進(jìn)行兩個(gè)矩陣的加法運(yùn)算，即A-B，運(yùn)算結(jié)果如圖8所示：</p><p><b>　　圖8 矩陣減法</b></p><p><b>　　5.5 矩陣乘法</b></p>

52、<p>　　在“菜單”提示下，輸入“7”，進(jìn)行兩個(gè)矩陣的第一種乘法運(yùn)算，即A*B，運(yùn)算結(jié)果如圖9所示；輸入“8”，進(jìn)行兩個(gè)矩陣的第二種乘法運(yùn)算，即B*A，運(yùn)算結(jié)果如圖10所示：</p><p>　　圖9 矩陣乘法1(A*B) 圖10 矩陣乘法2(B*A) </p><p>　　5.6 退出及錯(cuò)誤提示 </p><p&g

53、t;　　算法在運(yùn)行時(shí)還有退出及錯(cuò)誤提示功能，在“菜單”提示下，輸入“0”則退出系統(tǒng)，如圖11所示；若輸入0－8以外的數(shù)字，則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示，如圖12所示：</p><p>　　圖11 退出 圖12 錯(cuò)誤提示 </p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　通過對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)

54、構(gòu)這門課的學(xué)習(xí)，我了解到：“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”在計(jì)算機(jī)科學(xué)中是一門綜合性的專業(yè)基礎(chǔ)課。而我們現(xiàn)在所學(xué)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是C語言版的，是建立在C語言基礎(chǔ)之上的，若是C語言基礎(chǔ)知識(shí)不牢固，要想學(xué)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程是有一定的困難的。所以在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程的時(shí)候，也順便復(fù)習(xí)了C語言的相關(guān)內(nèi)容，加深了我對(duì)C語言的理解和應(yīng)用，并且也深深體會(huì)到了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程的重要性。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)過程中，我體會(huì)到自己所學(xué)的東西太

55、少了，很多都不知道，也遇到了不少實(shí)際問題，使我發(fā)現(xiàn)了在學(xué)習(xí)過程中的不足。這次課程設(shè)計(jì)，我本來打算做的是MFC可視化的人機(jī)友好界面，但是由于在程序設(shè)計(jì)以及運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了太多目前無法解決的問題，只好退而求其次，應(yīng)用了DOS界面來完成本次課程設(shè)計(jì)。在代碼設(shè)計(jì)時(shí)，也出現(xiàn)了一些基本的C語言語法錯(cuò)誤，如函數(shù)的嵌套定義等，在老師和同學(xué)的幫助下都一一解決了，這也反映了我C語言基礎(chǔ)知識(shí)的不扎實(shí)，以后應(yīng)在學(xué)習(xí)過程中加強(qiáng)這方面的學(xué)習(xí)。</p>&

56、lt;p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課有了進(jìn)一步的理解。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課最主要的內(nèi)容在于算法思想，而程序編寫次之。在編寫程序時(shí)，如果算法思想</p><p>　　是正確的，那么這個(gè)程序就已經(jīng)成功了一多半。算法思想在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中占有重要地位，如果說C語言是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這座程序大廈的根基的話，那么算法思想就是構(gòu)成大廈的一磚一瓦，再好的根基離了磚瓦也構(gòu)不成大廈。所以，要想學(xué)好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這門課程，平時(shí)不只要加強(qiáng)程

57、序的編寫，更要多思考算法思想，加強(qiáng)對(duì)算法思想的鍛煉和理解。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)得到了老師和很多同學(xué)的幫助，在此一并表示感謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]秦鋒.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語言版）.北京:清華大學(xué)出版社,2011</p><p>　　[2]溫秀梅,丁學(xué)均.Visu

58、al C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,2009</p><p>　　[3]何欽銘,顏暉.C語言程序設(shè)計(jì).北京:高等教育出版社,2008</p><p>　　Matrix CreateMatrix()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　matrix A;</b

59、></p><p>　　printf("\n\t\t親輸入稀疏矩陣的行數(shù)，列數(shù)和非零元個(gè)數(shù)（用逗號(hào)隔開）；");</p><p>　　scanf("%d,%d,%d",&A.rows,&A.terms);</p><p>　　for(int n=o;n<=A.terms-1;n++)</p&g

60、t;<p>　　{printf("\n\t\t輸入非零元值個(gè)數(shù)（格式:行號(hào),列號(hào),值）:");</p><p>　　scanf("%d,%d,%d",&A.data[n].i,&A.data[n].j,&A.data[n].v);</p><p><b>　　}</b></p>