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(1)稀疏矩阵的特点
在一个m×n的矩阵中,设矩阵中有i个元素不为零,并令△=i/(m×n),称△为稀疏因子。通常当△≤0.05时。认为该矩阵为稀疏矩阵。
对这类矩阵实现压缩存储的基本思路是只需要存储其非零元素,但由于稀疏矩阵中零元素的分布没有一定规律,所以必须同时记下零元素所在的行和列。才能对矩阵有效的缩压,并能正确的恢复它。
(2)稀疏矩阵的压缩存储原理
只存储非零元素ai,j和相应的行、列序号i、j。具体方法:对稀疏矩阵中每一个非零元素设定一个三元组(i,j,ai,j),将所有三元组按行优先排列,组成一个三元组表(线性表)。只要存储三元组表和该矩阵的行、列数,就能唯一确定该矩阵。
例5.8 按稀疏矩阵的压缩存储方法,求矩阵A的存储信息。
稀疏矩阵A
分析:设左上角的元素所在位置为第1行第1列,矩阵的行、列及非零元素个数为:(5,6,6)相应的三元组表为:(1,2,12)(1,3,9)(3,1,3)(3,6,14)(4,3,24)(5,2,16)。
(3)存储方法
通过上述转换,对稀疏矩阵的压缩存储,化为对其三元组表和相关信息的存储。
用结构体类型描述三元组
typedef struct { int i , j ; detetype e; }triple d; /* 三元组类型 */
结构体triple的成员i,j分别是非零元素的行、列下标,成员e是非零元素。 triple d 说明了triple类型的结构体变量d,并分配了存储单元,如图5-9(a)所示。triple data [10]说明了triple类型的有10个数组元素的结构体数组,如图5-9(b)所示。
三元组类型的变量和数组的结构图
用结构体类型描述三元组表和相关信息typedef struct{ int mu, nu, tu ;triple data [ max+1] ; /*max+1是最多的元素个数*/}triplegrupe; /*三元组表类型*/triplegrupe a;
说明了三元组表类型的变量a,有4个成员项,mu﹑nu分别表示稀疏矩阵的行﹑列数,tu表示稀疏矩阵中的非零元素的个数;data表示非零元素的三元组表。
例5.9
矩阵
稀疏矩阵a的存储结构
(4)算法举例
例5.10 如图5-12所示,求压缩存储的稀疏矩阵A的转置矩阵AT。
A与其转置矩阵AT
分析:
由A得到三元组表:
((1,1,1),(1,3,5),(1,5,2),(2,1,7),(3,1,3),(3,3,6))
把上述三元组表中的各三元组的行﹑列互换得到的AT的三元组表为:
((1,1,1),(3,1,5),(5,1,2),(1,2,7),(1,3,3),(3,3,6))
存在问题:按上述方法得到的转置后矩阵AT的新三元组表没有能按行序为主序存储。
为了使新三元组表要按行序为主序存储,就要按原表的列为主序排列。而原三元组表是按行序为主存储的,所以同一列中的各行已按行序由小到大顺序排列。
方法如下:
按第1,2,3,…n列的顺序,逐次扫描A相应的三元组表,依次把得到的第1,2,…,n列的三元组中的行、列互换,存入新三元组表。每次扫描中,因为相同列的三元组按扫描的先后顺序存入。这保证了新三元组表以行序为主针对A的三元组表:
以第1列扫描,找到:(1,1,1),(2,1,7),(3,1,3)。
交换行和列的坐标存入新表。
以第2列扫描,未找到。
以第3列扫描,找到:(1,3,5),(3,3,6)。
交换行和列的坐标存入新表。
以第4列扫描,未找到。
以第5列扫描,找到:(1,5,2)。
交换行和列的坐标存入新表。
新表为:
(1,1,1),(1,2,7),(1,3,3),(3,1,5),(3,3,6),(5,1,2)
程序
void transpose (triplegrupe a, tripletgrupe b) { int p,q,col; b.mu=a.nu; b.nu =a.mu; b.tu =a.tu; if(b.tu) { q=1; for(col=1 ; col≤a.nu; col++) for(p=1 ; p≤a.tu; p++) if(a.data[p].j==col) { b.data[q].i=a.data[p].j; b.data[q].j= a.data[p].i; b.data[q].v=a.data[p].e; q++; } } }
其中:
a是稀疏矩阵的三元组表,b是转置矩阵的三元组表;
p是稀疏矩阵的三元组数组下标.q是转置矩阵的三元组数组下标;
a.mu是稀疏矩阵的行数,a.nu是稀疏矩阵的列数;
a.tu是稀疏矩阵三元组数元素的个数;
col是循环变量。
在稀疏矩阵三元组中从第1列扫描到a.nu列,若找到相应列的三元组,则把行﹑列互换存入转置矩阵的三元组。
存储变化示意图
转置前:如图5-13(a)、图5-13(b)、图5-13(c)所示。
转置后:如图5-13(d)、图5-13(e)、图5-13(f)所示。
程序运行前后存储变化示意图(a)矩阵A;(b)矩阵A的行﹑列信息;(C)矩阵A的三元组数组