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| C 语言中 malloc 和 free 用法(动态分配内存) |
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矩阵乘法
1)数学公式
设有两个矩阵:
- 矩阵 A 是一个 m × n m×n m×n 的矩阵(m 行 n 列)
- 矩阵 B 是一个 n × p n×p n×p 的矩阵(n 行 p 列)
只有当 A 的列数等于 B 的行数时,才能相乘。
它们的乘积 C = A × B 是一个 m × p m×p m×p 的矩阵,其中每个元素 c i j c_{ij} cij 定义为:
c i j = ∑ k = 1 n a i k ⋅ b k j \large c_{ij}=\sum_{k=1}^{n}{a_{ik}⋅b_{kj}} cij=k=1∑naik⋅bkj
2)代码实现
2.1)静态数组
在程序中就指定矩阵的大小和矩阵的元素。
c
#include <stdio.h>
int main() {
// 定义两个固定的小矩阵 A (2x3) 和 B (3x2)
int A[2][3] = {
{1, 2, 3},
{4, 5, 6}
};
int B[3][2] = {
{7, 8},
{9, 10},
{11, 12}
};
// 结果矩阵 C (2x2),初始化为0
int C[2][2] = {0};
// 矩阵乘法:C = A * B
for (int i = 0; i < 2; i++) {
for (int j = 0; j < 2; j++) {
for (int k = 0; k < 3; k++) {
C[i][j] += A[i][k] * B[k][j];
}
}
}
// 打印结果
printf("Result:\n");
for (int i = 0; i < 2; i++) {
for (int j = 0; j < 2; j++) {
printf("%d ", C[i][j]);
}
printf("\n");
}
return 0;
}
运行结果如下:
c
Result:
58 64
139 154
2.2)动态数组(动态分配内存)
在 C 语言中实现矩阵乘法,需要满足两个矩阵的维度兼容:若矩阵 A 是 m × n m×n m×n 的,矩阵 B 是 n × p n×p n×p 的,则它们的乘积 C 是一个 m × p m×p m×p 的矩阵。
c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main() {
// 定义矩阵 A (2x3) 和 B (3x4)
int m = 2, n = 3, p = 4;
int (*parray1)[n] = (int*)malloc(sizeof(int)*m*n);
int (*parray2)[p] = (int*)malloc(sizeof(int)*n*p);
int (*presult)[p] = (int*)malloc(sizeof(int)*m*p);
/* 矩阵元素赋值 */
for (int i = 0; i < m; i++) {
for (int j = 0; j < n; j++) {
parray1[i][j] = i*j+1;
}
}
for (int i = 0; i < n; i++) {
for (int j = 0; j < p; j++) {
parray2[i][j] = i+j;
}
}
/* 矩阵乘法运算 */
memset(presult, 0, m * p * sizeof(int));
for (int i = 0; i < m; i++) {
for (int j = 0; j < p; j++) {
for (int k = 0; k < n; k++) {
presult[i][j] += parray1[i][k] * parray2[k][j];
}
}
}
/* 打印矩阵乘法结果 */
printf("result:\n");
for (int i = 0; i < m; i++) {
for (int j = 0; j < p; j++) {
printf("%d ",presult[i][j]);
}
printf("\n");
}
free(parray1);
free(parray2);
free(presult);
return 0;
}
运行结果为:
c
result:
3 6 9 12
8 14 20 26
矩阵乘法的时间复杂度为 O ( m ⋅ n ⋅ p ) O(m⋅n⋅p) O(m⋅n⋅p) ,对于方阵( n × n n×n n×n )是 O ( n 3 ) O(n3) O(n3)。