API tools faq
paste
mramine364

matrix.java

mramine364
Jul 4th, 2016
154
0
Never
Add comment
Not a member of Pastebin yet? Sign Up, it unlocks many cool features!
Java 8.96 KB | None | 0 0
raw download clone embed print report
  1.  
  2. public class matrix {
  3.     private double[][] M;
  4.     private static double epsilon = 1e-14;
  5.     /* construtors */
  6.     public matrix(int n){
  7.         this(n,n);
  8.     }
  9.     public matrix(int n, int m){
  10.         M = new double[n][m];
  11.     }
  12.     public matrix(int n, int m, double d){
  13.         M = new double[n][m];
  14.         for(int i=0;i<n;i++){
  15.             for(int j=0;j<m;j++){
  16.                 set(i, j, d);
  17.             }
  18.         }
  19.     }
  20.     public matrix(double[][] t){
  21.         M = new double[t.length][t[0].length];
  22.         for(int i=0;i<t.length;i++){
  23.             for(int j=0;j<t[i].length;j++){
  24.                 set(i, j, t[i][j]);
  25.             }
  26.         }
  27.     }
  28.     public matrix(matrix m){
  29.         this(m.M);
  30.     }
  31.     public matrix(matrix m,int sr,int sc,int er,int ec){
  32.         M = new double[er-sr+1][ec-sc+1];
  33.         int r=0,c=0;
  34.         for(int i=sr;i<=er && i<m.rlen();i++){
  35.             for(int j=sc;j<=ec && j<m.clen();j++){
  36.                 set(r, c, m.get(i, j));
  37.                 c++;
  38.             }
  39.             r++; c=0;
  40.         }
  41.     }
  42.     /* */
  43.    
  44.     public static matrix rand(int n, int m, double min, double max, int round){
  45.         matrix mat = new matrix(n,m);
  46.         double nb;
  47.         double p = Math.pow(10, round);
  48.         for(int i=0;i<n;i++){
  49.             for(int j=0;j<n;j++){
  50.                 nb = Math.random()*(max-min+1)+min;
  51.                 mat.set(i, j, Math.round(nb*p)/p);
  52.             }
  53.         }
  54.         return mat;
  55.     }
  56.     public static matrix rand(int n, int m){        
  57.         return matrix.rand(n,m,0,100,2);
  58.     }
  59.    
  60.     @Override
  61.     public String toString(){
  62.         String str = "[";
  63.         for(int i=0;i<M.length-1;i++){
  64.            str += "[";
  65.            for(int j=0;j<M[i].length-1;j++){
  66.                str += M[i][j]+", ";
  67.            }
  68.            str += M[i][M[i].length-1];
  69.            str += "], ";
  70.         }
  71.         str += "[";
  72.         for(int j=0;j<M[M.length-1].length-1;j++){
  73.             str += M[M.length-1][j]+", ";
  74.         }
  75.         str += M[M.length-1][M[M.length-1].length-1];
  76.         str += "]";
  77.         str += "]";
  78.         return str;
  79.     }
  80.     public double get(int i, int j){
  81.         return M[i][j];
  82.     }
  83.     public final void set(int i, int j, double n){
  84.         if( n < epsilon && n > -epsilon )
  85.             M[i][j] = 0;
  86.         else
  87.             M[i][j] = n;
  88.     }
  89.     public int rlen(){
  90.         return M.length;
  91.     }
  92.     public int clen(){
  93.         return M[0].length;
  94.     }
  95.    
  96.     public matrix add(matrix b){
  97.         matrix m = new matrix(rlen(), clen());
  98.         for(int i=0;i<m.rlen();i++){
  99.            for(int j=0;j<m.clen();j++){
  100.                m.set(i, j, get(i,j)+b.get(i, j));
  101.            }
  102.         }
  103.         return m;
  104.     }
  105.     public matrix minus(matrix b){
  106.         matrix m = new matrix(rlen(), clen());
  107.         for(int i=0;i<m.rlen();i++){
  108.            for(int j=0;j<m.clen();j++){
  109.                m.set(i, j, get(i,j)-b.get(i, j));
  110.            }
  111.         }
  112.         return m;
  113.     }
  114.     public matrix mul(matrix b){
  115.         // condition this.clen = b.rlen
  116.         matrix m = new matrix(rlen(), b.clen());
  117.         for(int i=0;i<m.rlen();i++){
  118.             for(int j=0;j<m.clen();j++){
  119.                 double rij = 0;
  120.                 for(int ki=0;ki<clen();ki++){
  121.                     rij += get(i,ki)*b.get(ki,j);
  122.                 }
  123.                 m.set(i, j, rij);
  124.             }
  125.         }
  126.         return m;
  127.     }
  128.    
  129.     public static double pow2(double a, int b){
  130.         if(b==0)
  131.             return 1;
  132.         double r = pow2(a,b/2);
  133.         if(b%2==0)            
  134.             return r*r;
  135.         else
  136.             return r*r*a;        
  137.     }
  138.     // next or equal power of two of n nepot(4)=4 && nepot(5)=8
  139.     public static int nepot(int n){
  140.         double d = Math.log(n)/Math.log(2);
  141.         int p = (int) d;
  142.         if( p==d )
  143.             return n;
  144.         else
  145.             return (int)pow2(2,p+1);        
  146.     }
  147.    
  148.     public matrix strassen(matrix m){
  149.         int n=m.rlen();
  150.         if(n<=32)
  151.             return mul(m);
  152.         matrix res = new matrix(n,n);
  153.         // find next power of 2
  154.         int nepot = nepot(n);
  155.         matrix m1,m2,m3,m4,m5,m6,m7,a11,a12,a21,a22,b11,b12,b21,b22;
  156.         a11 = new matrix(this,0,0,nepot/2-1,nepot/2-1);
  157.         a12 = new matrix(this,0,nepot/2,nepot/2-1,nepot-1);
  158.         a21 = new matrix(this,nepot/2,0,nepot-1,nepot/2-1);
  159.         a22 = new matrix(this,nepot/2,nepot/2,nepot-1,nepot-1);
  160.         b11 = new matrix(m,0,0,nepot/2-1,nepot/2-1);
  161.         b12 = new matrix(m,0,nepot/2,nepot/2-1,nepot-1);
  162.         b21 = new matrix(m,nepot/2,0,nepot-1,nepot/2-1);
  163.         b22 = new matrix(m,nepot/2,nepot/2,nepot-1,nepot-1);
  164.         m1 = a11.add(a22).strassen(b11.add(b22));
  165.         m2 = a21.add(a22).strassen(b11);
  166.         m3 = a11.strassen(b12.minus(b22));
  167.         m4 = a22.strassen(b21.minus(b11));
  168.         m5 = a11.add(a12).strassen(b22);
  169.         m6 = a21.minus(a11).strassen(b11.add(b12));
  170.         m7 = a12.minus(a22).strassen(b21.add(b22));
  171.         matrix c11,c12,c22,c21;
  172.         c11 = m1.add(m4).minus(m5).add(m7);
  173.         c12 = m3.add(m5);
  174.         c21 = m2.add(m4);
  175.         c22 = m1.minus(m2).add(m3).add(m6);
  176.         for(int i=0;i<c11.rlen();i++){
  177.             for(int j=0;j<c11.rlen();j++){
  178.                 res.set(i, j, c11.get(i, j));
  179.             }
  180.         }
  181.         for(int i=0;i<c11.rlen();i++){
  182.             for(int j=c11.rlen();j<n;j++){
  183.                 res.set(i, j, c12.get(i, j-c11.rlen()));
  184.             }
  185.         }
  186.         for(int i=c11.rlen();i<n;i++){
  187.             for(int j=0;j<c11.rlen();j++){
  188.                 res.set(i, j, c21.get(i-c11.rlen(), j));
  189.             }
  190.         }
  191.         for(int i=c11.rlen();i<n;i++){
  192.             for(int j=c11.rlen();j<n;j++){
  193.                 res.set(i, j, c22.get(i-c11.rlen(), j-c11.rlen()));
  194.             }
  195.         }
  196.         return res;
  197.     }
  198.  
  199.     public matrix mul(double c){
  200.         matrix m = new matrix(this);
  201.         for(int i=0;i<rlen();i++){
  202.             for(int j=0;j<clen();j++){
  203.                 m.set(i, j, c*m.get(i, j));
  204.             }          
  205.         }
  206.         return m;
  207.     }
  208.     public matrix transpose(){
  209.         matrix T = new matrix(clen(), rlen());
  210.         for(int i=0;i<rlen();i++){
  211.             for(int j=0;j<clen();j++){
  212.                 T.set(j, i, get(i, j));
  213.             }
  214.         }
  215.         return T;
  216.     }
  217.     // row basic operations
  218.     public matrix rowSwitching(int li, int lj){
  219.         double temp;
  220.         for(int i=0;i<clen();i++){
  221.             temp = get(li, i);
  222.             set(li, i, get(lj, i));
  223.             set(lj, i, temp);
  224.         }
  225.         return this;
  226.     }
  227.     public matrix rowMultiplication(int li, double k){
  228.         for(int i=0;i<clen();i++){
  229.             set(li, i, get(li, i)*k);
  230.         }
  231.         return this;
  232.     }
  233.     public matrix rowAddition(int li, int lj, double k){
  234.         // li <- li + k*lj && k <> 0
  235.         for(int i=0;i<clen();i++){
  236.             set(li, i, get(li, i)+get(lj, i)*k);
  237.         }
  238.         return this;
  239.     }
  240.     public matrix submatrix(int si, int sj){
  241.         matrix m = new matrix(rlen()-1, clen()-1);
  242.         int ki=0, kj=0;
  243.         for(int i=0;i<rlen();i++){
  244.             if( si==i ){
  245.                 continue;
  246.             }
  247.             for(int j=0;j<clen();j++){
  248.                 if( sj!=j ){
  249.                     m.set(ki, kj, get(i, j));
  250.                     if( kj == m.clen()-1 ){
  251.                         kj = 0;
  252.                     }else{
  253.                         kj++;
  254.                     }                    
  255.                 }
  256.             }
  257.             ki++;
  258.         }
  259.         return m;
  260.     }
  261.     public double trace(){
  262.         double tr = 0;
  263.         for(int i=0;i<rlen();i++){            
  264.             tr += get(i, i);
  265.         }
  266.         return tr;
  267.     }
  268.     public double det(){
  269.         if( clen()==1 && rlen()==1 )
  270.             return get(0, 0);
  271.         double det = 0;
  272.         int p = 1;
  273.         for(int i=0;i<rlen();i++){
  274.             if( get(0, i)!=0 )
  275.                 det += p*get(0,i)*submatrix(0, i).det();
  276.             p *= -1;
  277.         }
  278.         return det;
  279.     }
  280.     public matrix inverse(){
  281.         matrix inv = new matrix(rlen(), clen());
  282.         double det = det(); int p;
  283.         for(int i=0;i<rlen();i++){
  284.             for(int j=0;j<clen();j++){
  285.                 p = ( (i+j)%2==0 ) ? 1 : -1;
  286.                 inv.set(i, j, p*submatrix(j, i).det()/det);
  287.             }
  288.         }
  289.         return inv;
  290.     }
  291.     public boolean isInversible(){
  292.         return det() != 0;
  293.     }
  294.     private static boolean equalsDouble(double a, double b){
  295.         return Math.abs( a-b )<epsilon;
  296.     }
  297.     public boolean equals(matrix L){
  298.         if( L.rlen()!=rlen() || L.clen()!=clen() )
  299.             return false;
  300.         for(int i=0;i<L.rlen();i++){
  301.             for(int j=0;j<L.clen();j++){
  302.                 if( !equalsDouble(L.get(i, j), get(i, j)) )
  303.                     return false;
  304.             }
  305.         }
  306.         return true;
  307.     }
  308. }
Advertisement
Add Comment
Please, Sign In to add comment
Public Pastes
We use cookies for various purposes including analytics. By continuing to use Pastebin, you agree to our use of cookies as described in the Cookies Policy.  OK, I Understand
Not a member of Pastebin yet?
Sign Up, it unlocks many cool features!