目录
1.一维数组的存储结构
2.二维数组的存储结构
3.普通矩阵的存储
4.特殊矩阵的压缩存储
(1)对称矩阵
(2)三角矩阵
(3)三对角矩阵
(4)稀疏矩阵的压缩存储
1.一维数组的存储结构
一维数组的定义如下:
ElemType a[10];
各数组元素大小相同,且物理上连续存放。
数组元素a[i]的存放地址=LOC+i*sizeof(ElemType)。
注:除非题目特别说明,否则数组下标默认从0开始,若题目提醒下标从1开始,则存放地址为
LOC+(i-1)*sizeof(ElemType)。
2.二维数组的存储结构
二维数组定义如下:
ElemType b[2][4];
由于内存的存储空间是连续的,线性的,所以把二维数组放到内存中,有两种存放方式,行优先存放(一行一行地存)和列优先存放(一列一列地存)。
M行N列的二维数组 b[M][N]中,若按行优先存储,则
b[i][j]的存储地址 = LOC+(i*N+j)*sizeof(ElemType)
若按列优先存储,则
存储地址 = LOC+(j*M+i)*sizeof(ElemType)
3.普通矩阵的存储
普通矩阵可用二维数组存储,描述矩阵元素时,行、列号通常从1开始;而描述数组时通常下标从0开始。
4.特殊矩阵的压缩存储
(1)对称矩阵
若n阶方阵中任意一个元素 都有 ,则该矩阵为对称矩阵。
对称矩阵进行普通存储:n*n二维数组,压缩存储:只存储主对角线+下三角区。
按行优先原则将各元素存入一维数组中。
存储结构如下:
可以看到,第一行有1个元素,第二行有2个元素,第三行有3个元素,以此类推,第n行有n个元素,所以总共有1+2+3.....+n个元素,数组大小为
那么怎么通过矩阵下标映射到一维数组的下标呢?
例如,按行优先的原则,是第几个元素?
第一行有1个元素,第二行有2个元素,以此类推,第i-1行就有i-1个元素,所以是第
个元素,即个元素,由于数组下标是从0开始,所以
的数组下标为k=。
若要得到上三角某个元素,那么可以根据,转换为,进而得到与下三角相同的存放规律。
进而其一维数组下标为:
总结:
按照列优先原则进行存储,是第几个元素?
如上图所示,第1列有n个元素,第2列有n-1个元素,第j-1列有n-j+2个元素。
技巧:1+n=n+1,2+(n-1)=n+1,(n-1)+(n-j+2)=n+1
第j列有多少元素,用(行号 - 列号+1)即可,可以自己验算一下。
所以是第
个元素
默认从0开始的话,数组下标在上面的基础上减1即可:
由等差数列易得:
所以的下标为:
(2)三角矩阵
下三角矩阵:除了主对角线和下三角区,其余的元素都相同。
压缩存储:按行优先原则将橙色区元素存入一维数组中。并在最后一个位置存储常量c。
所以一维数组的长度:(1+2+3.....n)+1
若按照行优先的原则,是第几个元素:
下三角和对称矩阵的运算一样,对于上三角,由于上三角每个元素都是一样的,所以映射到一维数组的最后一个元素,即B[]
上三角矩阵:除了主对角线和上三角区,其余的元素都相同。
按照行优先原则,是第几个元素?
第1行到第i-1行有
第i行有j-i+1个元素:列号(j)-行号(i)得到该元素在第i行的前面有多少元素。
所以是第
个元素。
其数组下标为:
由等差数列的求和公式易得:
要访问下三角区的话同理,直接映射到一维数组的最后一个位置。
总结:
(3)三对角矩阵
三对角矩阵,又称带状矩阵:当|i-j|>1时,有=0(1≤i,j≤n),通俗点来讲就是,主对角线元素及其上下左右的元素不为0,其余元素的值全为0。
压缩存储:按行优先(或列优先)原则,只存储带状部分。
可以观察到,带状矩阵除了第一行和最后一行是两个元素,其余行都是三个元素。所以要存储的元素个数为:3*n-2
若默认数组下标从0开始,那么最后一个元素的数组下标就为:B[3n-3]
那么按行优先的原则,是第几个元素?
前 i-1 行共 3(i-1)-1 个元素。
是第i行的 j-i+2 个元素。
那么将两个数加起来:是第 2i+j-2个元素
为什么有j-i+2呢?
由上三角矩阵我们可以分析得,的元素在第i行的前面有j-i个元素,例如,前面就有:
2-1=1个元素。
对比这里,把三角形往前挪一个位置,可以得到相同的在第i行的前面的元素的个数,所以在第i行,前面有j-i+1个元素,那么加上它本身是第i行第j-i+2个元素。
我是这么理解的,不管怎么理解,只要自己理解就可以啦~
有些人也会有疑问,是第i行的 j-i+2 个元素针对第一行就不对呀?其实结合前 i-1 行共 3(i-1)-1 个元素,针对第一行计算得到-1,再加上j-i+2 也是对的结果。
例如:
根据式子3(i-1)-1, 前i-1(0)行有-1个元素,再根据式子:是第i行的 j-i+2 个元素,得到
2-1+2=3个元素,那么最后两者相加3+(-1)=2,得到的也是正确的结果,也就是是第2个元素。
那么第k+1个元素,在第几行?第几列?
前 i-1 行共 3(i-1)-1个元素
前 i 行共 3 i-1 个元素
显然,3(i-1)-1< k+1 ≤ 3i-1
不等式解出来为:,且
因为i是行号,一定是正整数,将这个式子向上取整,即 i=,就可以满足i"刚好"大于等于某一行。
王道书中的逻辑:第k+1个元素前有k个元素,并且k满足3(i-1)-1 ≤ k < 3i-1
不等式解出来为:,且
将这个式子向下取整,即 i= ,即可满足i“刚好”小于等于某一行。
由于我们之前讲到过是第 2i+j-2个元素,其下标默认从0开始,就是2i+j-3,所以:k=2i+j-3,所以我们就可以从 k 和 i 推出j的值了。
(4)稀疏矩阵的压缩存储
稀疏矩阵就是非零元素远远少于矩阵元素的个数。
压缩存储:
1.顺序存储---三元组<行,列,值>,这里存储的值都是稀疏矩阵中的非0元素。
注:此处行、列标从1开始
若用这种方式存储稀疏矩阵,想要访问其中的某个元素,只能顺序依次扫描三元组,会失去随机存取的特性。
2.链式存储---十字链表法。如图所示,向下域down指向第j列的第一个元素,向右域 right,指向第i行的第一个元素。
每个非0元素会对应一个结点,这个结点包括该非0元素所在的行,列以及对应的值;还会包含两个指针,第一个指针指向同列的下一个元素,第二个指针指向同行的下一个元素。可以看图自己分析一下。
例如:该结点第一个指针为空,表示该列没有非0元素了;第二个结点指向了同行的下一个元素,即5。
以上公式不建议死记硬背,充分理解之后,考场上也可以推出来的。文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-860973.html
公式是没有错的,附上了自己的理解,如果哪个公式不懂可以评论区或私信我,如果哪里理解错误,可以评论区纠正,若有更好的方法,可以在评论区分享出来!谢谢佬们💖💖💖文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-860973.html
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