数据结构_特殊矩阵的存储压缩及解压

特殊矩阵的存储压缩及解压

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#define   EMPTY_QUEUE_ERROR   -999999
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>
#define MAXLEN 100
typedef int ElemType;

//形如对称矩阵、三角矩阵等特殊形式的矩阵，只需保存其中的部分元素即可，称为“压缩存储”。关键是建立矩阵中元素的 行列 索引与 一维数组 存储空间 索引之间的关联关系。
//（17）对称矩阵
//（18）矩阵结构体的定义
//定义一个压缩矩阵的结构体类型，用一维数组来存储矩阵中的元素。为了简单起见，令矩阵为DIM* DIM的方阵。其中，DIM为一确定的整数大小。
#define MAXLEN 100
#define DIM 4
typedef struct {
    int elem[MAXLEN];    // 用来存 特殊矩阵 里的元素的 一维数组
}intCompressedMatrix;/*压缩矩阵就是由一个矩阵压缩成一维数组,而非一般意义的矩阵*//*matrix /'meɪtrɪks/n.矩阵*/

/*（19）对称矩阵的初始化与读取
用一个对称矩阵(定义为m[DIM][DIM]) 来初始化(填充) 该压缩矩阵
压缩:*/
void  InitSMatrix(intCompressedMatrix* pMat, int m[DIM][DIM])
{
    /**********************************************************
    将存放于二维数组m中的对称矩阵下三角元素存放到pMat中
    *********************************************************/
    int index = 0;
    for (int i = 1; i <= DIM; i++) // 对每一行
        for (int j = 1; j <= i; j++) // 对每一列中的部分元素(下三角,包括对角线上的元素)
            pMat->elem[index++] = m[i - 1][j - 1];/*注意,指示行和列的视情况而定,一定要转化为从0开始计数的来访问数组元素*/
}//该函数正确.

// 读取(对称矩阵的压缩矩阵中解压出来(一次一个元素),将值保存到x中.)
int  Get(intCompressedMatrix* pMat, int i, int j, int* x)
{
    // 判断i, j是否合法
    if ((i<1 || i> DIM) || (j<1 || j> DIM))
    {
        printf("行或列索引非法，赋值失败\n");
        return 0;
    }

   /*  给x赋值
     由于只保存了i>=j的下三角，如果欲读取j>i的上三角元素，怎么读取？*/
    if (i >= j)
       *x = pMat->elem[(i-1) * ((i-1) + 1) / 2 + j - 1];
    else
       *x = pMat->elem[(j - 1) * ((j - 1) + 1) / 2 + i - 1];
    return 1;
}//函数已修正.

/*（20）三角矩阵的存取(重复元素集中在某一侧)("三角"分为上三角和下三角)
对三角矩阵进行压缩存储，写出与上述对称矩阵类似的 结构体和操作函数。*/
int InitSMatrix_triangle_down(intCompressedMatrix* pMat, int(*m)[DIM])
{
    int index = 1;/*index = 0 的位置保留用于存储重复的元素,一般时三角矩阵的某个顶点)*/
    for (int i = 1; i <= DIM; i++)
    {
        for (int j = 1; j <= i; j++)/*这个二重循环扫描下三角矩阵.((三角遍历)*/
        {
            pMat->elem[index++] = m[i - 1][j - 1];
            printf("%d ", pMat->elem[index-1]);
        }
        printf("\n");
    }
    pMat->elem[0] = m[0][DIM - 1];

}
/*传入原始矩阵的任意位置(i,j)*/
int Get_triangle_down(intCompressedMatrix* pMat,int i,int j,int *x)
{
    /*编写前先设计好算法:而框架则可以编码搭建*/
    /*判断要解压的元素位置是否合法*/
    if ((i<1 || i> DIM) || (j<1 || j> DIM))
    {
        printf("行或列索引非法，赋值失败\n");
        return 0;
    }
    int subscript_row = i - 1,
        subscript_col = j - 1;

    if (i >= j)
    {
        *x = pMat->elem[subscript_row * (subscript_row + 1) / 2 + subscript_col + 1];

    }
    else
    {
        *x = pMat->elem[0];
    }
    return 1;/*读取成功*/
}

/*分析上三角:(内存循环收缩左边界)*/
/*将上三角矩阵压缩到pMat矩阵(或者说一维数组)中*/
int InitSMatrix_triangle_up(intCompressedMatrix* pMat, int m2_2[][DIM])
{
    int index = 1;/*保留elem[0]*/
    /*上三角遍历*/
    for (int i = 1; i <= DIM; i++)
    {
        for (int j = i; j <= DIM; j++)
        {
            pMat->elem[index++] = m2_2[i - 1][j - 1];
            printf("%d ", pMat->elem[index-1]);
        }
        printf("\n");
    }
    pMat->elem[0] = m2_2[DIM-1][0];
}
/*解压公式:F(i,j) = (i-1)*row+j -(i-1)*((i-1) + 1) / 2;*/
/*参数变量x是原矩阵中的元素,映射F(i,j)求得的是原矩阵中(i,j)位置的元素在压缩矩阵中的下标值.*/
int Get_triangle_up(intCompressedMatrix* pMat, int i, int j, int* x)
{
    /*请求解压的位置合法性(分为行与列)*/
    if ((i<1 || i>DIM) || (j<1 || j>DIM))
    {
        printf("行或列索引非法，赋值失败\n");
        return 0;
    }
    if(i<=j)
    {
        *x = pMat->elem[(i - 1) * DIM + j - (i - 1) * i / 2];
        
    }
	else
	{
		*x = pMat->elem[0];
	}
    return 1;
}
/*
（21）对角矩阵的存取(重复元素分布在对角线两侧)(一般说明是n对角矩阵) 
对 对角矩阵进行压缩存储，写出与上述对称矩阵类似的结构体和操作函数。*/
    //对角矩阵的重复元素保存在数组的第[0]位置上.
/*对角矩阵的压缩没有涉及公式*/
int InitSMatrix_tri_diagonal(intCompressedMatrix* pMat, int(*m3)[DIM])/*diagonal /daɪ'æɡənl/ adj.对角线的, 斜的,*/
{
    /*对角遍历*/
    int index = 1;
    for (int i = 1; i <= DIM; i++)
    {
        for (int j = i - 1; j <= i+1; j++)//默认每行读取三个元素
        {
            if (j<1 || j > DIM)
            {
                continue;
            }
            pMat->elem[index++] = m3[i - 1][j - 1];/*i,j的取值控制由两重循环实现控制,到访问数组元素前,位置参量i,j都是从1开始,在访问时均减去1再访问.*/
            printf("%d ", pMat->elem[index -1]);
        }//for
        printf("\n");
    }//for
    pMat->elem[0] = m3[0][DIM - 1];
}
/*解压对三角矩阵,从elem[]数组中解压出来.(访问指定的原矩阵中的第i行,第j列位置上的元素.)
涉及两个基础公式,合并成第三个公式.:
前i-1行的元素个数:3(i-1)-1 (其中因子3是n对角矩阵n=3时的特例)
a(i,j)是第i行对角线区域的第 (j-i)+2 个元素(2是n对角矩阵n=3下的线性关系的修正因子)*/
int Get_tri_diagonal(intCompressedMatrix* pMat, int i, int j, int* x)
{
   if ((i<1 || i > DIM) || (j<1 || j > DIM))
   {
       printf("行或列索引非法，赋值失败\n");
       return 0;
   }
   if (j >= i - 1 && j <= i + 1)/*只访问对角线和他相邻的两条平行线上的元素,其余元素由else统一处理.*/
   {
       *x = pMat->elem[2*(i) + (j) - 2];//这里的公式已经时按i,j从1计数的方式计算的
   }
   else
   {
       *x = pMat->elem[0];/*重复部分的矩阵填充*/
   }
   return 1;
}

/*（22）调试
根据上述压缩矩阵定义，完成下面代码，运行并调试程序。
*/
/*填充二维数组函数fill_two_dimenssion_array(int (*arr_2)[DIM])*/
void fill_two_dimenssion_array(int(*arr_2)[DIM])
{
    printf("创建并填充二维数组:\n");
    for (int i = 0; i < DIM; i++)
    {
        for (int j = 0; j < DIM; j++)
        {
            scanf("%d", &arr_2[i][j]);
        }
    }
}
/*（22）调试
根据上述压缩矩阵定义，完成下面代码，运行并调试程序。
*/
/*填充二维数组函数fill_two_dimenssion_array(int (*arr_2)[DIM])*/
void fill_two_dimenssion_array(int(*arr_2)[DIM])
{
    printf("创建并填充二维数组:\n");
    for (int i = 0; i < DIM; i++)
    {
        for (int j = 0; j < DIM; j++)
        {
            scanf("%d", &arr_2[i][j]);
        }
    }
}
int main()
{
    int x = 0;
	// 定义一个二维数组m1并初始化为对称矩阵形式
    int m1[DIM][DIM] /*= {
{1,0,0,6},
{0,2,7,0},
{0,7,3,8},
{6,0,8,4}
    }*/;//初始化而非赋值,如果不直接初始化的话,第一个乃至每个维数都不可省略;
    int m2[DIM][DIM] /*= {
{1,0,0,0},
{0,2,0,0},
{0,7,3,0},
{6,0,8,4}
    }*/;
    int m2_2[DIM][DIM] /*= {
{1,4,5,7},
{0,2,0,3},
{0,0,3,5},
{0,0,0,4}
    }*/;
    int m3[DIM][DIM] /*= {
{1,4,0,0},
{4,2,9,0},
{0,6,3,5},
{0,0,1,4}
    }*/;
    
   
   
   
		// 定义一个 压缩矩阵mat，并用m1初始化mat
    intCompressedMatrix mat;/*压缩处理后的数组保存于此*/
    printf("执行压缩处理:\n");
   /* */
    fill_two_dimenssion_array(m1);
    printf("压缩对称矩阵:\n");
    InitSMatrix(&mat, m1);

    /* fill_two_dimenssion_array(m2);
    printf("压缩三角矩阵:\n");
    InitSMatrix_triangle_down(&mat, m2);*/

    /*fill_two_dimenssion_array(m2_2);
    printf("压缩上三角矩阵:\n");
    InitSMatrix_triangle_up(&mat, m2_2);*/

   /* fill_two_dimenssion_array(m3);
    printf("压缩对三角矩阵:\n");
    InitSMatrix_tri_diagonal(&mat, m3);*/

    // 打印该mat
    printf("解压并打印mat矩阵\n");
    /*解压并打印:(全遍例)*/
    for (int i = 1; i <= DIM; i++)
    {
        for (int j = 1; j <= DIM; j++)
        {
            /*根据mat压缩矩阵 解压*/
            Get(&mat, i, j, &x);//对称矩阵
           // Get_triangle_down(&mat, i, j, &x);//下三角矩阵
            //Get_triangle_up(&mat, i,j,&x);
            //Get_tri_diagonal(&mat, i, j, &x);
            printf("%d ", x);
        }
        printf("\n");
    }

}