【线性代数】行列式的概念

d e t ( A ) = ∑ i 1 , i 2 , ⋯   , i n ( − 1 ) σ ( i 1 , ⋯   , i n ) a 1 , i 1 a 2 , i 2 , ⋯   , a n , i n det(A) =\sum_{i_1,i_2,\cdots,i_n } (-1)^{\sigma(i_1,\cdots,i_n)} a_{1,i_1}a_{2,i_2},\cdots, a_{n,i_n} det(A)=i1,i2,⋯,in∑(−1)σ(i1,⋯,in)a1,i1a2,i2,⋯,an,in

i 1 , ⋯   , i n i_1,\cdots,i_n i1,⋯,in 是 1 , ⋯   , n 1,\cdots,n 1,⋯,n 的排列.

计算复杂度

O ( n ⋅ n ! ) O(n\cdot n!) O(n⋅n!)

{ 1 , 2 } \{1,2\} {1,2} 的全排列如下

排列 逆序数 奇偶性
1 , 2 1,2 1,2 0
2 , 1 2,1 2,1 1

[ a 1 , 1 a 1 , 2 a 2 , 1 a 2 , 2 ] \left[\begin{matrix}a_{1,1} &a_{1,2}\\ a_{2,1} & a_{2,2}\end{matrix}\right] [a1,1a2,1a1,2a2,2]

{ 1 , 2 , 3 } \{1,2,3\} {1,2,3} 的全排列如下

排列 逆序数 奇偶性
1 , 2 , 3 1,2,3 1,2,3 0
1 , 3 , 2 1,3,2 1,3,2 1
2 , 1 , 3 2,1,3 2,1,3 1
2 , 3 , 1 2,3,1 2,3,1 2
3 , 1 , 2 3,1,2 3,1,2 2
3 , 2 , 1 3,2,1 3,2,1 3

[ a 1 , 1 a 1 , 2 a 1 , 3 a 2 , 1 a 2 , 2 a 2 , 3 a 3 , 1 a 3 , 2 a 3 , 3 ] \left[\begin{matrix}a_{1,1} &a_{1,2} & a_{1,3}\\ a_{2,1} & a_{2,2}& a_{2,3} \\ a_{3,1} & a_{3,2} & a_{3,3}\end{matrix}\right] a1,1a2,1a3,1a1,2a2,2a3,2a1,3a2,3a3,3

递归法生成全排列

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using CSV, DataFrames, Tables
function OE(sigma)   # 判断奇偶置换
   n=length(sigma); out=1
   for i=1:n
      for j=1:n-1
         if sigma[j] > sigma[j+1]
            out=-out;  sigma[j],sigma[j+1]=sigma[j+1], sigma[j]
         end
      end
   end
   return(out)
end
function remove_last(seq)   # 删除序列最后一个元素
lth=length(seq)
z=copy(seq[1:lth-1])
return(z)
end
function rankfull(seq,n,cpl)  # 递归全排列生成器
   lth=length(seq)
   if lth==1
      m=[cpl; seq]
      open("rankfull_sol.txt","a") do io
          for i=1:n
              s=m[i];  write(io, "$s,")
          end
          write(io,"\n");
      end
   else
      for i=1:lth
         s=seq[i];    idx=0;
         list=zeros(Int,lth-1)
         for j=1:lth
            if !(seq[j]==s)
               idx=idx+1;  list[idx]=seq[j]
            end
         end
         cpl=[cpl; s];
         rankfull(list,n,cpl)
         cpl=remove_last(cpl)
      end
   end
end
function det_defn(A)  # 定义法求行列式
   lth=size(A,1)
   seq=1:lth
   global ranksol=[seq];
   lth=length(seq); cpl=[]; iters=factorial(lth)
   try
       rankfull(seq,lth,cpl)
   catch nothing
   end
   io=open("rankfull_sol.txt","r")
   data=read(io,String)
   file = CSV.File(IOBuffer(data), header=false)
   CSV.write("fullrank.csv", file)
   close(io)
   sigma=zeros(Int64,iters,lth);
   for i=1:factorial(lth)
       for j=1:lth
          sigma[i,j]=file[i][j]
       end
   end
   DETs=0*A[1,1]
   for i=1:iters
      Prs=1
      for j=1:lth
         Prs=Prs*M[j,sigma[i,j]]
      end
      DETs=DETs+ OE(sigma[i,:])*Prs
   end
   return(DETs)
end
M=[4//1 3 2 1;
   3 2 1 4;
   2 1 4 3;
   1 4 3 2]
a= det_defn(M)
println("\n")
println("defn=",a)

-160//1

邻近对换算法生成全排列

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function ranking(lth)  # 邻近对换全排列生成器
    prd=1;  arr=zeros(Int64,lth);
    for i=1:lth arr[i]=i end
    for i=1:lth   prd=prd*i end
    jx=lth  ; dr=-1;   s=0;
    for j=1:prd
        if dr<0
            if jx>1
                arr[jx],arr[jx+dr] =   arr[jx+dr],arr[jx]
                jx=jx+dr
            else
                arr[lth],arr[lth-1] =   arr[lth-1],arr[lth]
                dr=-dr
            end
        else
            if jx<lth
                arr[jx],arr[jx+dr] =   arr[jx+dr],arr[jx];
                jx=jx+dr
            else
                arr[1],arr[2] =   arr[2],arr[1];   dr=-dr
            end
        end
        open("ranking_sol.txt","a") do io
            for i=1:lth
                s=arr[i];  write(io, "$s,")
            end
            write(io,"\n");
        end    
    end
end
function det_defn2(A)  # 定义法求行列式
   lth=size(A,1)
   seq=1:lth
   global ranksol=[seq];
   lth=length(seq); cpl=[]; iters=factorial(lth)
   try rm("ranking_sol.txt")
    catch
        nothing
   end
   ranking(lth)
   io=open("ranking_sol.txt","r")
   data=read(io,String)
   file = CSV.File(IOBuffer(data), header=false)
   CSV.write("fullrank.csv", file)
   close(io)
   sigma=zeros(Int64,iters,lth);
   for i=1:factorial(lth)
       for j=1:lth
          sigma[i,j]=file[i][j]
       end
   end
   DETs=0*A[1,1]
   for i=1:iters
      Prs=1
      for j=1:lth
         Prs=Prs*M[j,sigma[i,j]]
      end
      DETs=DETs+ OE(sigma[i,:])*Prs
   end
   return(DETs)
end    
M=[4//1 3 2 ;
   3 2 1 ;
   2 1 4]
a= det_defn2(M)

-160//1

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