高斯-约旦法 求矩阵的逆(急)

lhj0532 2003-12-23 06:03:49
我在网上找了一个高斯-约旦法求矩阵的逆,结果不对,请问他的原理是什么?一些程序错在什么地方?
void inverse(double n[4][4],double m[4][4]){
int is[4]={0,0,0,0};
int js[4]={0,0,0,0};
double fDet = 1.0;
double f =1.0;
for(int x=0;x<4;x++)
for(int y=0;y<4;y++)
m[x][y]=n[x][y];
for (int k = 0; k < 4; k ++){
double fMax = 0.0;
//戞堦庡尦
for (int i = k; i < 4; i ++){
for (int j = k; j < 4; j ++){
double f = abs(m[i][j]);
if (f > fMax){
fMax = f;
is[k] = i;//嵟戝擵強嵼揑峴
js[k] = j;//嵟戝擵強嵼揑楍
}
}
}
cout<<endl<<"is["<<k<<"]="<<is[k];
cout<<endl<<"js["<<k<<"]="<<js[k]<<endl;
if (is[k] != k){//晄嵼峴
f = -f;
//峴??
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){ //晄嵼?楍
f = -f;
//楍??
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]]);
}
fDet *= m[k][k];
m[k][k] = 1.0/m[k][k];
for (int j= 0;j<4;j++){
if (j!= k)
m[k][j] *= m[k][k];
}
for (i = 0; i < 4; i ++)
if (i != k)
for (int j = 0; j < 4; j ++)
if (j != k)
m[i][j] = m[i][j] - m[i][k] * m[k][j];
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]]);
}
}
}
...全文
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lhj0532 2003-12-23
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多谢大家!!!
我找到了毛病所在,初始化时有错误:
int is[4]={0,0,0,0};
int js[4]={0,0,0,0};
应该是
int is[4]={0,1,2,3};
int js[4]={0,1,2,3};
还是感谢大家!!!
layman2008 2003-12-23
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float Inverse(CLAYMATRIX& mOut, const CLAYMATRIX& rhs)
{
using std::swap;

CLAYMATRIX m = rhs;

int niSign[4];
int njSign[4];
float fDet = 1;
int nSgn = 1;

for (int k = 0; k < 4; ++ k)
{
// 第一步,全选主元
float fMax = 0;
for (int i = k; i < 4; ++ i)
{
for (int j = k; j < 4; ++ j)
{
const float fTmp = fabs(m(i, j));
if (fTmp > fMax)
{
fMax = fTmp;
is[k] = i;
js[k] = j;
}
}
}
if (fabs(fMax) < 0.0001f)
return 0;

if (niSign[k] != k)
{
nSgn = -nSgn;
swap(m(k, 0), m(niSign[k], 0));
swap(m(k, 1), m(niSign[k], 1));
swap(m(k, 2), m(niSign[k], 2));
swap(m(k, 3), m(niSign[k], 3));
}
if (njSign[k] != k)
{
nSgn = -nSgn;
swap(m(0, k), m(0, njSign[k]));
swap(m(1, k), m(1, njSign[k]));
swap(m(2, k), m(2, njSign[k]));
swap(m(3, k), m(3, njSign[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 (int j = 0; j < 4; ++ j)
{
if (j != k)
m(k, j) *= m(k, k);
}
// 第四步
for (int i = 0; i < 4; ++ i)
{
if (i != k)
{
for (int j = 0; j < 4; ++ j)
{
if (j != k)
m(i, j) = m(i, j) - m(i, k) * m(k, j);
}
}
}
// 第五步
for (int i = 0; i < 4; ++ i)
{
if (i != k)
m(i, k) *= -m(k, k);
}
}

for (int k = 3; k >= 0; -- k)
{
if (njSign[k] != k)
{
swap(m(k, 0), m(njSign[k], 0));
swap(m(k, 1), m(njSign[k], 1));
swap(m(k, 2), m(njSign[k], 2));
swap(m(k, 3), m(njSign[k], 3));
}
if (niSign[k] != k)
{
swap(m(0, k), m(0, niSign[k]));
swap(m(1, k), m(1, niSign[k]));
swap(m(2, k), m(2, niSign[k]));
swap(m(3, k), m(3, niSign[k]));
}
}

mOut = m;
return fDet * f;
}
layman2008 2003-12-23
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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。

打开下面链接,直接免费下载资源: https://renmaiwang.cn/s/3jmr4 该算详解:在计算机图形学领域中的3D程序设计中,矩阵运算具有广泛的应用。其中一项重要应用是计算Billboard矩阵,用于使对象始终朝向摄像机。为了提高程序效率和减少不必要的计算开销,优化矩阵变得尤为重要。本文将深入介绍一种高效的全选主元高斯-约旦。 首先,高斯-约旦消元是一种在工程数学中被广泛采用的线性代数算。其核心在于通过一系列行变换将原始矩阵转化为单位矩阵形式。在此过程中,原系数矩阵变为单位矩阵的同时,右侧初始单位矩阵则转换为原矩阵阵。 具体步骤如下: 第一步:全选主元 从当前子矩阵中选取绝对值最大的元素,并记录该元素的位置。通过行列交换将其移动到当前处理位置。这一步骤有效避免了主元素接近零导致数值不稳定的问题。 第二步:单位化主元素 令当前行的对角线元素归一化,即m(k, k)=1/m(k,k)并应用此操作至当前行所有元素上。这一过程使主元变为1,便于后续计算。 第三步:消去非主元 对于每一行i(i≠k),执行以下操作: 首先计算m(i,k)=-m(i,k)*m(k,k) 然后更新该行中除主元外的所有元素值为原值减去对应列的乘积 第四步:恢复交换信息 根据全选主元过程中记录的信息进行行列交换还原。遵循“后交换先恢复”的原则,使用相应的操作恢复原始排列。 在代码实现方面,文中给出了C++版本的4×4矩阵片段。该代码采用循环结构和条件判断来实现上述步骤,并记录了每次行、列交换的信息以便后续处理。 性能分析表明: 与传统高斯-约旦相比,全选主元方在计算量上有一定优化,具体体现在: 加次数 | 乘次数 1036 | 170 139 | 1669 对比结果表明,尽管加次数有所增加,但乘次数大幅减少。同时额外空间需也有所降低。 综上所述,全选

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