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C
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C
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// Created by 顾涵彬 on 2019-08-28.
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//
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#ifndef MATRIX_MATRIX_H
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#define MATRIX_MATRIX_H
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#include <cstring>
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#include <iostream>
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#include <cmath>
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namespace Ctain {
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template<typename _Scalar>
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class Matrix {
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public:
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||
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Matrix(int Rows, int Cols) :
|
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|
_Rows(Rows), _Cols(Cols), _isSub(0), input_id(0) {
|
||
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|
_startRow = 0;
|
||
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|
_startCol = 0;
|
||
|
|
_Rows_raw = Rows;
|
||
|
|
_Cols_raw = Cols;
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|
data = new _Scalar [_Rows * _Cols];
|
||
|
|
memset(data, 0, _Rows * _Cols * sizeof(_Scalar));
|
||
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|
}
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|
Matrix() :
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|
_Rows(0), _Cols(0), _isSub(0), input_id(0) {
|
||
|
|
_startRow = 0;
|
||
|
|
_startCol = 0;
|
||
|
|
_Rows_raw = 0;
|
||
|
|
_Cols_raw = 0;
|
||
|
|
}
|
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|
Matrix(_Scalar _data[], int Rows, int Cols) :
|
||
|
|
_Rows(Rows), _Cols(Cols), _isSub(0), input_id(0) {
|
||
|
|
_startRow = 0;
|
||
|
|
_startCol = 0;
|
||
|
|
_Rows_raw = Rows;
|
||
|
|
_Cols_raw = Cols;
|
||
|
|
data = new _Scalar [_Rows * _Cols];
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|
memcpy(data, _data, _Rows * _Cols * sizeof(_Scalar));
|
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|
}
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||
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|
Matrix(_Scalar **_data, int Rows, int Cols) :
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|
_Rows(Rows), _Cols(Cols), _isSub(0), input_id(0) {
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|
_startRow = 0;
|
||
|
|
_startCol = 0;
|
||
|
|
_Rows_raw = Rows;
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||
|
|
_Cols_raw = Cols;
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|
data = new _Scalar [_Rows * _Cols];
|
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|
for (int i = 0; i < _Rows; ++i) {
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|
memcpy(data + i * _Cols, *(_data + i), _Cols * sizeof(_Scalar));
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||
|
|
}
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|
|
}
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template<typename T>
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|
Matrix<T> cast() {
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|
Matrix<T> res(_Rows, _Cols);
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||
|
|
for (int i = 0; i < _Rows; i++) {
|
||
|
|
for (int j = 0; j < _Cols; j++) {
|
||
|
|
res(i,j) = cData(i, j);
|
||
|
|
}
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||
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|
}
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return res;
|
||
|
|
}
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|
void setIdentity() {
|
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|
for (int i = 0; i < _Rows; i++) {
|
||
|
|
for (int j = 0; j < _Cols; j++) {
|
||
|
|
if(i == j) {
|
||
|
|
Data(i,j) = 1;
|
||
|
|
}else {
|
||
|
|
Data(i,j) = 0;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
void setZero() {
|
||
|
|
for (int i = 0; i < _Rows; i++) {
|
||
|
|
for (int j = 0; j < _Cols; j++) {
|
||
|
|
Data(i, j) = 0;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
inline int cols() const { return _Cols; }
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|
inline int rows() const { return _Rows; }
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|
inline int size() const { return cols() * rows(); }
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|
_Scalar * addr() {
|
||
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|
return data;
|
||
|
|
}
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||
|
|
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|
friend Matrix<_Scalar> &operator <<(Matrix<_Scalar> &m,_Scalar val) {
|
||
|
|
m.Data(m.input_id++) = val;
|
||
|
|
return m;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
friend std::ostream &operator <<(std::ostream &os,const Matrix<_Scalar> &m) {
|
||
|
|
// os << std::endl;
|
||
|
|
for (int i = 0; i < m._Rows; i++) {
|
||
|
|
for (int j = 0; j < m._Cols - 1; j++) {
|
||
|
|
std::cout.width(10);
|
||
|
|
std::cout.setf(std::ios::left);
|
||
|
|
std::cout.precision(6);
|
||
|
|
os << m.cData(i,j) ;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
std::cout.width(9);
|
||
|
|
std::cout.setf(std::ios::left);
|
||
|
|
std::cout.precision(8);
|
||
|
|
os << m.cData(i,m._Cols - 1) << std::endl;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
return os;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
friend Matrix<_Scalar> operator *(
|
||
|
|
double a, const Matrix<_Scalar> &m) {
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> res;
|
||
|
|
res = m;
|
||
|
|
for(int i = 0; i < m._Rows; i++) {
|
||
|
|
for(int j = 0; j < m._Cols; j++) {
|
||
|
|
res.Data(i,j) *= a;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
return res;
|
||
|
|
}
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||
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|
friend Matrix<_Scalar> operator -(
|
||
|
|
const Matrix<_Scalar> &m) {
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> res;
|
||
|
|
res = m;
|
||
|
|
for(int i = 0; i < m._Rows; i++) {
|
||
|
|
for(int j = 0; j < m._Cols; j++) {
|
||
|
|
res.Data(i,j) *= -1;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
return res;
|
||
|
|
}
|
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||
|
|
friend Matrix<_Scalar> operator +(
|
||
|
|
double a, const Matrix<_Scalar> &m) {
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> res;
|
||
|
|
res = m;
|
||
|
|
for(int i = 0; i < m._Rows; i++) {
|
||
|
|
for(int j = 0; j < m._Cols; j++) {
|
||
|
|
res.Data(i,j) += a;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
return res;
|
||
|
|
}
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|
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|
void operator =(Matrix<_Scalar> m);
|
||
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|
// void operator =(Matrix<_Scalar> &m);
|
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|
|
Matrix<_Scalar> operator +(const Matrix<_Scalar> &m) const;
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> operator -(const Matrix<_Scalar> &m) const;
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> operator *(const Matrix<_Scalar> &m) const;
|
||
|
|
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> operator /(double m) const;
|
||
|
|
_Scalar &operator()(int i, int j) {
|
||
|
|
return Data(i,j);
|
||
|
|
}
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|
_Scalar &operator()(int id) {
|
||
|
|
return Data(id);
|
||
|
|
}
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|
_Scalar operator()(int id) const {
|
||
|
|
return cData(id);
|
||
|
|
}
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|
|
Matrix<_Scalar> transpose() const;
|
||
|
|
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> col(int Col) {
|
||
|
|
return block(0, Col, _Rows, 1);
|
||
|
|
}
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> row(int Row) {
|
||
|
|
return block(Row, 0, 1, _Cols);
|
||
|
|
}
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> block(int sRow, int sCol, int Rows, int Cols) {
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> sub;
|
||
|
|
sub = *this;
|
||
|
|
sub.setSub(sRow, sCol, Rows, Cols, data);
|
||
|
|
return sub;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
template<int Rows, int Cols>
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> topLeftCorner() const {
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> sub;
|
||
|
|
sub = *this;
|
||
|
|
sub.setSub(0, 0, Rows, Cols, data);
|
||
|
|
return sub;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
template<int Rows, int Cols>
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> topRightCorner() const {
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> sub;
|
||
|
|
sub = *this;
|
||
|
|
sub.setSub(_Rows-1-Rows, _Cols-1-Cols, Rows, Cols, data);
|
||
|
|
return sub;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
void setSub(int sRow, int sCol, int Rows, int Cols, _Scalar *Data) {
|
||
|
|
_isSub = true;
|
||
|
|
_Rows_raw = _Rows;
|
||
|
|
_Cols_raw = _Cols;
|
||
|
|
_Rows = Rows;
|
||
|
|
_Cols = Cols;
|
||
|
|
_startRow = sRow;
|
||
|
|
_startCol = sCol;
|
||
|
|
data = Data;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
void normalize();
|
||
|
|
double norm() const;
|
||
|
|
|
||
|
|
virtual ~Matrix() {
|
||
|
|
if(!data)
|
||
|
|
delete[] data;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
// template<int _Rows, int _Cols>
|
||
|
|
// inline Matrix<_Scalar, _Rows, _Cols> block<_Rows, _Cols>(Index i,Index j) {
|
||
|
|
//
|
||
|
|
// }
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|
inline _Scalar *Data() {
|
||
|
|
return data;
|
||
|
|
}
|
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|
|
protected:
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|
_Scalar *data;
|
||
|
|
int _Rows;
|
||
|
|
int _Cols;
|
||
|
|
bool _isSub;
|
||
|
|
int _startRow;
|
||
|
|
int _startCol;
|
||
|
|
int _Rows_raw;
|
||
|
|
int _Cols_raw;
|
||
|
|
int input_id ;
|
||
|
|
inline int id(int i, int j) const {
|
||
|
|
if(_isSub)
|
||
|
|
return (i + _startRow) * _Cols_raw + j + _startCol;
|
||
|
|
else
|
||
|
|
return i * _Cols + j;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
inline _Scalar &Data(int i,int j) {
|
||
|
|
return data[id(i,j)];
|
||
|
|
}
|
||
|
|
inline _Scalar &Data(int id) {
|
||
|
|
int i = id / _Cols;
|
||
|
|
int j = id % _Cols;
|
||
|
|
int index;
|
||
|
|
if(_isSub)
|
||
|
|
index = (i + _startRow) * _Cols_raw + j + _startCol;
|
||
|
|
else
|
||
|
|
index = i * _Cols + j;
|
||
|
|
return data[index];
|
||
|
|
}
|
||
|
|
inline _Scalar cData(int id) const{
|
||
|
|
int i = id / _Cols;
|
||
|
|
int j = id % _Cols;
|
||
|
|
int index;
|
||
|
|
if(_isSub)
|
||
|
|
index = (i + _startRow) * _Cols_raw + j + _startCol;
|
||
|
|
else
|
||
|
|
index = i * _Cols + j;
|
||
|
|
return data[index];
|
||
|
|
}
|
||
|
|
inline _Scalar cData (int i,int j) const{
|
||
|
|
return data[id(i,j)];
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
}; //class Matrix end
|
||
|
|
|
||
|
|
template<typename _Scalar>
|
||
|
|
void Matrix<_Scalar>::operator =(Matrix<_Scalar> m) {
|
||
|
|
if(m._isSub) {
|
||
|
|
_isSub = true;
|
||
|
|
_Rows = m._Rows;
|
||
|
|
_Cols = m._Cols;
|
||
|
|
_Rows_raw = m._Rows_raw;
|
||
|
|
_Cols_raw = m._Cols_raw;
|
||
|
|
_startRow = m._startRow;
|
||
|
|
_startCol = m._startCol;
|
||
|
|
data = m.Data();
|
||
|
|
return;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
if(!_isSub) {
|
||
|
|
if(size() != m.size()) {
|
||
|
|
if(size() > 0) {
|
||
|
|
delete[] data;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
_Rows = m._Rows;
|
||
|
|
_Cols = m._Cols;
|
||
|
|
data = new _Scalar[_Rows * _Cols];
|
||
|
|
}else {
|
||
|
|
_Rows = m._Rows;
|
||
|
|
_Cols = m._Cols;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
for (int i = 0; i < m._Rows; i++) {
|
||
|
|
for (int j = 0; j < m._Cols; j++) {
|
||
|
|
Data(i,j) = m.cData(i, j);
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
template<typename _Scalar>
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> Matrix<_Scalar>::operator +(const Matrix<_Scalar> &m) const{
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> sum;
|
||
|
|
sum = *this;
|
||
|
|
for(int i = 0; i < _Rows * _Cols; i++) {
|
||
|
|
sum.data[i] += m.data[i];
|
||
|
|
}
|
||
|
|
return sum;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
template<typename _Scalar>
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> Matrix<_Scalar>::operator -(const Matrix<_Scalar> &m) const{
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> sum;
|
||
|
|
sum = *this;
|
||
|
|
for(int i = 0; i < _Rows * _Cols; i++) {
|
||
|
|
sum.data[i] -= m.data[i];
|
||
|
|
}
|
||
|
|
return sum;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
template<typename _Scalar>
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> Matrix<_Scalar>::transpose() const
|
||
|
|
{
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> res(_Cols, _Rows);
|
||
|
|
for(int i = 0; i < _Rows; i++) {
|
||
|
|
for (int j = 0; j < _Cols; j++) {
|
||
|
|
res.Data(j, i) = cData(i, j);
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
return res;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
template<typename _Scalar>
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> Matrix<_Scalar>::operator *(const Matrix<_Scalar> &m) const {
|
||
|
|
if(_Cols != m._Rows) {
|
||
|
|
//todo:output err
|
||
|
|
return m;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> res(_Rows, m._Cols);
|
||
|
|
for(int i = 0; i < _Rows; i++) {
|
||
|
|
for(int j = 0; j < m._Cols; j++) {
|
||
|
|
int sum = 0;
|
||
|
|
for(int k = 0; k < _Cols; k++) {
|
||
|
|
sum += cData(i, k) * m.cData(k, j);
|
||
|
|
}
|
||
|
|
res.Data(i,j) = sum;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
return res;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
template<typename _Scalar>
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> Matrix<_Scalar>::operator /(double m) const {
|
||
|
|
Matrix<_Scalar> res(_Rows, _Cols);
|
||
|
|
for(int i = 0; i < _Rows; i++) {
|
||
|
|
for(int j = 0; j < _Cols; j++) {
|
||
|
|
res.Data(i,j) /= m;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
return res;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
|
||
|
|
template<typename _Scalar>
|
||
|
|
void Matrix<_Scalar>::normalize() {
|
||
|
|
double sum = 0;
|
||
|
|
for(int i = 0; i < _Rows; i++) {
|
||
|
|
for(int j = 0; j < _Cols; j++) {
|
||
|
|
sum += Matrix::cData(i, j);
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
sum = sqrt(sum);
|
||
|
|
for(int i = 0; i < _Rows; i++) {
|
||
|
|
for(int j = 0; j < _Cols; j++) {
|
||
|
|
Matrix::Data(i, j) /= sum;
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
|
||
|
|
template<typename _Scalar>
|
||
|
|
double Matrix<_Scalar>::norm() const{
|
||
|
|
double sum = 0;
|
||
|
|
for(int i = 0; i < _Rows; i++) {
|
||
|
|
for(int j = 0; j < _Cols; j++) {
|
||
|
|
sum += Matrix::cData(i, j);
|
||
|
|
}
|
||
|
|
}
|
||
|
|
sum = sqrt(sum);
|
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