C++實(shí)現(xiàn)關(guān)系與關(guān)系矩陣的代碼詳解
ADT
集合
template<class Type> //集合的元素類型 class Set{ //集合ADT int size; //基數(shù) vector<Type> p; public: Set():size(0){} Set(int s):size(s){ p.resize(s); //重置大小 } int getSize()const{ return size; } void push(Type e){ //添加元素 size++; p.push_back(e); void set(int pos,Type e){ //設(shè)置元素值 p[pos]=e; Type operator[](int i){ return p[i]; } //下標(biāo)讀取 int findElem(Type e){ //返回指定元素的下標(biāo) for(int i=0;i<size;i++){ if(p[i]==e) return i; } return -1; };
關(guān)系
template<class Type> class Relation{ Set<Type> dom; //定義域 Set<Type> ran; //值域 public: Relation():dom(),ran(){} //無規(guī)模的初始化 Relation(int r_,int c_):dom(r_),ran(c_){} //有規(guī)模的初始化 int getR()const { return dom.getSize(); } //返回行,基類私有成員只可調(diào)用基類非私有函數(shù)獲得 int getC()const { return ran.getSize(); } //返回列 Set<Type> getDom()const { return dom; } //返回定義域 Set<Type> getRan()const { return ran; } //返回值域 void pushDom(Type e){ dom.push(e); } //給定義域添加元素 void pushRan(Type e){ ran.push(e); } //給值域添加元素 int findDom(Type e){ //尋找定義域中元素的位置 return dom.findElem(e); } int findRan(Type e){ //尋找值域中元素的位置 return ran.findElem(e); };
關(guān)系矩陣
template<class Type> class RMatrix:public Relation<Type>{ vector< vector<short> > m; //二維矩陣用vector實(shí)現(xiàn),注意不能使用bool類型,它有很高的特殊性 public: RMatrix(int r_,int c_):Relation<Type>(r_,c_){ for(int i=0;i<r_;i++){ vector<short> v(c_,0); m.push_back(v); //推入r_個(gè)長(zhǎng)度為c_的vector數(shù)組構(gòu)成一個(gè)r*c的二維數(shù)組 } } RMatrix():Relation<Type>(){ //不輸入矩陣大小時(shí) for(int i=0;i<MAX_NUM;i++){ vector<short> v(MAX_NUM,0); m.push_back(v); } } RMatrix(const RMatrix<Type> &M){ //復(fù)制構(gòu)造函數(shù) // printf("here!"); Set<Type> Dom=M.getDom(),Ran=M.getRan(); int k1=Dom.getSize(),k2=Ran.getSize(); for(int i=0;i<k1;i++){ Relation<Type>::pushDom(Dom[i]); } for(int i=0;i<k2;i++){ Relation<Type>::pushRan(Ran[i]); } m.resize(k1); for(int i=0;i<k1;i++){ m[i].resize(0); for(int j=0;j<k2;j++){ m[i].push_back(M[i][j]); // printf("%d",m[i][j]); } } } void updateSize(){ //根據(jù)定義域和值域的基數(shù)設(shè)置矩陣規(guī)模 int row=Relation<Type>::getDom().getSize(); //在子類中調(diào)用基類函數(shù)需要制定基類 int col=Relation<Type>::getRan().getSize(); // printf("row=%d,col=%d",row,col); m.resize(row); for(int i=0;i<row;i++){ m[i].resize(0); for(int j=0;j<col;j++){ m[i].push_back(short(0)); // printf("%d",m[i][j]); } } return; } vector<short> operator[](int p1)const { return m[p1]; } //可以直接雙括號(hào)使用! void set(int p1,int p2,short e){ //設(shè)置矩陣值 m[p1][p2]=e; } void push(vector<short> v){ //添加矩陣的行 m.push_back(v); } /* 將兩個(gè)關(guān)系矩陣合成,括號(hào)內(nèi)的在右 */ RMatrix<Type> matrixSynthesis(const RMatrix<Type> &M1)const { RMatrix<Type> M; //此處的M是臨時(shí)變量,必定被銷毀,無法作為引用被返回 (<!-1) Set<Type> d=Relation<Type>::getDom(),r=M1.getRan(); //矩陣合成的行列關(guān)系差點(diǎn)弄錯(cuò)! int k1=d.getSize(),k2=r.getSize(),k3=M1.getR(); for(int i=0;i<k1;i++){ M.pushDom(d[i]); } for(int i=0;i<k2;i++){ M.pushRan(r[i]); } M.updateSize(); for(int i=0;i<k1;i++){ for(int j=0;j<k2;j++){ bool f=0; for(int p=0;p<k3;p++){ if(m[i][p] && M1[p][j]) f=1; } if(f) M.set(i,j,f); } } return M; } void randomRelation(){ //隨機(jī)生成一段關(guān)系,需要放在updatesize之后 // printf("time=%d\n",time(0)); //偽隨機(jī)的實(shí)現(xiàn)需要新添加兩個(gè)文件頭 srand(time(0)); //初始化隨機(jī)數(shù) int r=Relation<Type>::getR(),c=Relation<Type>::getC(); for(int i=0;i<r;i++){ for(int j=0;j<c;j++){ m[i][j]=rand()%2; //生成0或1 } } return ; } bool isSelf()const { //自反性檢測(cè) int r=Relation<Type>::getR(); for(int i=0;i<r;i++){ if(!m[i][i]) return 0; } return 1; } bool antiSelf()const { //反自反性檢測(cè) int r=Relation<Type>::getR(); for(int i=0;i<r;i++){ if(m[i][i]) return 0; } return 1; } bool isSymmetric()const { //對(duì)稱性 int r=Relation<Type>::getR(); for(int i=0;i<r;i++){ for(int j=i+1;j<r;j++){ if(m[i][j]!=m[j][i]) return 0; } } return 1; } bool antiSymmetric()const { //反對(duì)稱性,注意都為0不違反反對(duì)稱性! int r=Relation<Type>::getR(); for(int i=0;i<r;i++){ for(int j=i+1;j<r;j++){ if(m[i][j] && m[i][j]==m[j][i]) return 0; } } return 1; } bool isPassing()const { //傳遞性 RMatrix<Type> M_=matrixSynthesis(*this); //const函數(shù)只能調(diào)用const函數(shù) <!-2 int r=Relation<Type>::getR(); for(int i=0;i<r;i++){ for(int j=0;j<r;j++){ if(m[i][j]==0 && M_[i][j]==1) return 0; } } return 1; } };
- <!-1 處若是給函數(shù)返回值加上引用會(huì)報(bào)一個(gè)警告,調(diào)用函數(shù)后集合ADT處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)內(nèi)存錯(cuò)誤,這是因?yàn)镸此處是臨時(shí)變量,是一定被銷毀的,所以作為引用被返回當(dāng)然就出了問題,而此處不用引用是完全可行的。如果一定要用引用,也許可以考慮把M定義為靜態(tài)變量。
- <!-2 處曾有過一個(gè)報(bào)錯(cuò):"passing 'const RMatrix<char>' as 'this' argument discards qualifiers",原因是當(dāng)時(shí)我只將 isPassing 函數(shù)設(shè)為const,卻沒把其中調(diào)用的 matrixSynthesis 函數(shù)設(shè)為const。
功能實(shí)現(xiàn)
關(guān)系的矩陣表示
根據(jù)關(guān)系輸出矩陣:
void inputRelation(RMatrix<char> &M1){ //輸入關(guān)系 printf("請(qǐng)輸入集合A的元素:\n"); string str; // cin.get(); //這里不能直接這樣寫,因?yàn)榍懊嬗锌赡苁菦]有換行符的,那你就會(huì)少讀一個(gè)字符,所以只能靈活加 getline(cin,str); stringstream ss1(str); char inp; while(ss1>>inp){ M1.pushDom(inp); M1.pushRan(inp); } /* printf("請(qǐng)輸入集合B的元素:\n"); stringstream ss2(str); while(ss2>>inp){ int k1=M1.getR(),k2=M1.getC(); Set<char> A=M1.getDom(),B=M1.getRan(); */ M1.updateSize(); printf("請(qǐng)輸入關(guān)系R:(格式為\'a,b\'并用空格分割)\n"); stringstream ss(str); int a,b; int isA=1; while(ss>>inp){ //使用">>"流輸入字符類型會(huì)自動(dòng)忽略空格...抽象了,printf是讀取空格的 // printf("%c",inp); if(inp==',') isA=0; else{ if(isA) a=M1.findDom(inp); else{ b=M1.findRan(inp); isA=1; M1.set(a,b,1); } } printf("\n"); return; } void outputMatrix(const RMatrix<char> &M1){ //格式化輸出矩陣,要定義常量成員函數(shù) Set<char> Dom=M1.getDom(),Ran=M1.getRan(); printf("關(guān)系矩陣如下:\n"); for(int i=0;i<=k1;i++){ // printf("here?"); //手動(dòng)斷點(diǎn) for(int j=0;j<=k2;j++){ if(i==0 && j==0) printf(" "); else if(j==0) printf("%c ",Dom[i-1]); else if(i==0) printf("%c ",Ran[j-1]); else{ printf("%d ",M1[i-1][j-1]); } printf("\n"); int main(){ RMatrix<char> M1; //設(shè)置集合的元素為字符類型 inputRelation(M1); outputMatrix(M1); return 0;
根據(jù)矩陣輸出關(guān)系序偶:
void inputMatrix(RMatrix<char> &M1){ //輸入矩陣 printf("請(qǐng)輸入集合A的元素:\n"); string str; getline(cin,str); stringstream ss1(str); char inp; while(ss1>>inp){ M1.pushDom(inp); M1.pushRan(inp); } /* printf("請(qǐng)輸入集合B的元素:\n"); getline(cin,str); stringstream ss2(str); while(ss2>>inp){ M1.pushRan(inp); } int k1=M1.getR(),k2=M1.getC(); Set<char> A=M1.getDom(),B=M1.getRan(); */ M1.updateSize(); printf("請(qǐng)輸入關(guān)系矩陣:(空格分隔)\n"); int k=M1.getC(),tmp; for(int i=0;i<k;i++){ for(int j=0;j<k;j++){ scanf("%d",&tmp); if(tmp) M1.set(i,j,tmp); } } printf("\n"); return; } void outputRelation(const RMatrix<char> &M1){ //格式化輸出序偶,記得定義常量成員函數(shù) int k1=M1.getR(),k2=M1.getC(); Set<char> Dom=M1.getDom(),Ran=M1.getRan(); printf("關(guān)系序偶如下:\n"); for(int i=0;i<k1;i++){ // printf("here?"); //手動(dòng)斷點(diǎn) for(int j=0;j<k2;j++){ if(M1[i][j]){ // printf("i=%d,j=%d->",i,j); printf("(%c,%c) ",Dom[i],Ran[j]); } } printf("\n"); } } int main(){ RMatrix<char> M1; //設(shè)置集合的元素為字符類型 inputMatrix(M1); outputRelation(M1); return 0; }
關(guān)系的性質(zhì)判斷
I. 輸入一個(gè)包含n個(gè)元素的集合A,要求隨機(jī)產(chǎn)生3個(gè)定義在集合A上的不同的關(guān)系R1,R2,R3,其中,R1和R2是自反且對(duì)稱的,R3是反對(duì)稱的,并顯示R1,R2,R3的關(guān)系矩陣表示。
先上一個(gè)嘗試用偽隨機(jī)實(shí)現(xiàn)的算法
void inputSet(RMatrix<char> &M1){ //輸入集合 printf("請(qǐng)輸入集合A的元素:\n"); string str; getline(cin,str); stringstream ss1(str); char inp; while(ss1>>inp){ M1.pushDom(inp); M1.pushRan(inp); } /* printf("請(qǐng)輸入集合B的元素:\n"); stringstream ss2(str); while(ss2>>inp){ int k1=M1.getR(),k2=M1.getC(); Set<char> A=M1.getDom(),B=M1.getRan(); */ M1.updateSize(); printf("\n"); return; } void outputMatrix(const RMatrix<char> &M1){ //格式化輸出矩陣,要定義常量成員函數(shù) Set<char> Dom=M1.getDom(),Ran=M1.getRan(); printf("關(guān)系矩陣如下:\n"); for(int i=0;i<=k1;i++){ // printf("here?"); //手動(dòng)斷點(diǎn) for(int j=0;j<=k2;j++){ if(i==0 && j==0) printf(" "); else if(j==0) printf("%c ",Dom[i-1]); else if(i==0) printf("%c ",Ran[j-1]); else{ printf("%d ",M1[i-1][j-1]); } } printf("\n"); void getRandom(RMatrix<char> &M,bool isSelf,bool isSymmetric,bool antiSymmetric){ //后三個(gè)參數(shù)標(biāo)記函數(shù)性質(zhì),分別為自反性,對(duì)稱性,反對(duì)稱性 while(1){ M.randomRelation(); if(M.isSelf()==isSelf && M.isSymmetric()==isSymmetric && M.antiSymmetric()==antiSymmetric) return; int main(){ RMatrix<char> M1; //設(shè)置集合的元素為字符類型 inputSet(M1); RMatrix<char> M2(M1),M3(M1); getRandom(M1,1,1,0); getRandom(M2,1,1,0); getRandom(M3,0,0,1); outputMatrix(M1); outputMatrix(M2); outputMatrix(M3); return 0;
構(gòu)想是挺美好的,但是偽隨機(jī)的效果讓這個(gè)方法行不通,因?yàn)殡S機(jī)的效率太低,是按秒變化的,除非直接寫在成員函數(shù)中根據(jù)一個(gè)seed一直隨機(jī),否則程序不可能通暢,但寫在成員函數(shù)也不好,太特殊。
以下是后手加工版本:
void inputSet(RMatrix<char> &M1){ //輸入集合 printf("請(qǐng)輸入集合A的元素:\n"); string str; getline(cin,str); stringstream ss1(str); char inp; while(ss1>>inp){ M1.pushDom(inp); M1.pushRan(inp); } /* printf("請(qǐng)輸入集合B的元素:\n"); getline(cin,str); stringstream ss2(str); while(ss2>>inp){ M1.pushRan(inp); } int k1=M1.getR(),k2=M1.getC(); Set<char> A=M1.getDom(),B=M1.getRan(); */ M1.updateSize(); printf("\n"); return; } void outputMatrix(const RMatrix<char> &M1,string str=""){ //格式化輸出矩陣,要定義常量成員函數(shù) int k1=M1.getR(),k2=M1.getC(); Set<char> Dom=M1.getDom(),Ran=M1.getRan(); str=str+"關(guān)系矩陣如下:\n"; //連接矩陣名稱 printf("%s",str.c_str()); for(int i=0;i<=k1;i++){ // printf("here?"); //手動(dòng)斷點(diǎn) for(int j=0;j<=k2;j++){ if(i==0 && j==0) printf(" "); else if(j==0) printf("%c ",Dom[i-1]); else if(i==0) printf("%c ",Ran[j-1]); else{ printf("%d ",M1[i-1][j-1]); } } printf("\n"); } } void getRandom(RMatrix<char> &M,bool isSelf,bool isSymmetric,bool antiSymmetric){ //后三個(gè)參數(shù)標(biāo)記函數(shù)性質(zhì),分別為自反性,對(duì)稱性,反對(duì)稱性 M.randomRelation(); //先基礎(chǔ)隨機(jī)化處理 int r=M.getC(); if(isSelf){ //補(bǔ)足自反性 if(!M.isSelf()){ for(int i=0;i<r;i++){ M.set(i,i,1); } } } if(isSymmetric){ //補(bǔ)足對(duì)稱性 if(!M.isSymmetric()){ for(int i=0;i<r;i++){ for(int j=i+1;j<r;j++){ if(M[i][j]!=M[j][i]) M.set(j,i,M[i][j]); } } } } if(antiSymmetric){ //補(bǔ)足反對(duì)稱性 if(!M.antiSymmetric()){ for(int i=0;i<r;i++){ for(int j=i+1;j<r;j++){ if(M[i][j] && M[i][j]==M[j][i]) M.set(j,i,0); } } } } } int main(){ RMatrix<char> M1; //設(shè)置集合的元素為字符類型 inputSet(M1); RMatrix<char> M2(M1),M3(M1); getRandom(M1,1,1,0); getRandom(M2,1,1,0); getRandom(M3,0,0,1); outputMatrix(M1,"R1"); outputMatrix(M2,"R2"); outputMatrix(M3,"R3"); return 0; }
輸出函數(shù)優(yōu)化了一下,可以輸出矩陣名稱了。
II.給定一個(gè)矩陣判斷其性質(zhì),并輸出結(jié)果
void inputMatrix(RMatrix<char> &M1){ //輸入矩陣 for(int i=0;i<6;i++){ M1.setDom(i,' '); M1.setRan(i,' '); } printf("請(qǐng)輸入關(guān)系矩陣:(空格分隔)\n"); int k=6,tmp; for(int i=0;i<k;i++){ for(int j=0;j<k;j++){ scanf("%d",&tmp); if(tmp) M1.set(i,j,tmp); } } printf("\n"); return; } void judgeMatrix(const RMatrix<char> &M1){ if(M1.isSelf()) printf("具有自反性\n"); if(M1.isSymmetric()) printf("具有對(duì)稱性\n"); if(M1.antiSymmetric()) printf("具有反對(duì)稱性\n"); if(M1.isPassing()) printf("具有傳遞性\n"); } int main(){ RMatrix<char> M1(6,6); inputMatrix(M1); judgeMatrix(M1); return 0; }
關(guān)系的合成
關(guān)系合成運(yùn)算:
void outputMatrix(const RMatrix<char> &M1){ //格式化輸出矩陣,要定義常量成員函數(shù) int k1=M1.getR(),k2=M1.getC(); Set<char> Dom=M1.getDom(),Ran=M1.getRan(); printf("關(guān)系矩陣如下:\n"); for(int i=0;i<=k1;i++){ // printf("here?"); //手動(dòng)斷點(diǎn) for(int j=0;j<=k2;j++){ if(i==0 && j==0) printf(" "); else if(j==0) printf("%c ",Dom[i-1]); else if(i==0) printf("%c ",Ran[j-1]); else{ printf("%d ",M1[i-1][j-1]); } } printf("\n"); } } void inputRelation(RMatrix<char> &M1,RMatrix<char> &M2){ //輸入關(guān)系 printf("請(qǐng)輸入集合A的元素:\n"); string str; getline(cin,str); stringstream ss1(str); char inp; while(ss1>>inp){ M1.pushDom(inp); } printf("請(qǐng)輸入集合B的元素:\n"); getline(cin,str); stringstream ss2(str); while(ss2>>inp){ M1.pushRan(inp); M2.pushDom(inp); } printf("請(qǐng)輸入集合C的元素:\n"); getline(cin,str); stringstream ss3(str); while(ss3>>inp){ M2.pushRan(inp); } M1.updateSize(); M2.updateSize(); printf("請(qǐng)輸入關(guān)系R1:(格式為\'a,b\'并用空格分割)\n"); getline(cin,str); stringstream ss(str); int a,b; int isA=1; while(ss>>inp){ //使用">>"流輸入字符類型會(huì)自動(dòng)忽略空格...抽象了,printf是讀取空格的 // printf("%c",inp); if(inp==',') isA=0; else{ if(isA) a=M1.findDom(inp); else{ b=M1.findRan(inp); isA=1; M1.set(a,b,1); } } } printf("R1"); outputMatrix(M1); printf("請(qǐng)輸入關(guān)系R2:(格式為\'a,b\'并用空格分割)\n"); getline(cin,str); stringstream ss_(str); isA=1; while(ss_>>inp){ //使用">>"流輸入字符類型會(huì)自動(dòng)忽略空格...抽象了,printf是讀取空格的 // printf("%c",inp); if(inp==',') isA=0; else{ if(isA) a=M2.findDom(inp); else{ b=M2.findRan(inp); isA=1; M2.set(a,b,1); } } } printf("R2"); outputMatrix(M2); printf("\n"); return; } RMatrix<char> multiplyMatrix(const RMatrix<char> &M1,const RMatrix<char> &M2){ //默認(rèn)集合元素就是char類型~ RMatrix<char> M; Set<char> d=M1.getDom(),r=M2.getRan(); int k1=d.getSize(),k2=r.getSize(),k3=M2.getR(); for(int i=0;i<k1;i++){ M.pushDom(d[i]); } for(int i=0;i<k2;i++){ M.pushRan(r[i]); } M.updateSize(); for(int i=0;i<k1;i++){ for(int j=0;j<k2;j++){ int f=0; for(int p=0;p<k3;p++){ if(M1[i][p] && M2[p][j]) f+=1; } if(f) M.set(i,j,f); } } return M; } void outputRelation(const RMatrix<char> &M1){ //格式化輸出序偶,記得定義常量成員函數(shù) int k1=M1.getR(),k2=M1.getC(); Set<char> Dom=M1.getDom(),Ran=M1.getRan(); printf("關(guān)系序偶如下:\n"); for(int i=0;i<k1;i++){ // printf("here?"); //手動(dòng)斷點(diǎn) for(int j=0;j<k2;j++){ if(M1[i][j]){ // printf("i=%d,j=%d->",i,j); printf("(%c,%c) ",Dom[i],Ran[j]); } } printf("\n"); } } void getCalculate(const RMatrix<char> &M1,const RMatrix<char> &M2){ RMatrix<char> M=M1.matrixSynthesis(M2); //布爾積運(yùn)算 printf("布爾積運(yùn)算所得的"); outputMatrix(M); //輸出布爾積結(jié)果 RMatrix<char> M_=multiplyMatrix(M1,M2); //矩陣乘積運(yùn)算 printf("矩陣乘積所得的"); outputMatrix(M_); outputRelation(M); return; } int main(){ RMatrix<char> M1,M2; //設(shè)置集合的元素為字符類型 inputRelation(M1,M2); getCalculate(M1,M2); return 0; }
縫合并優(yōu)化了幾個(gè)函數(shù)。
關(guān)系的n次運(yùn)算:
void outputMatrix(const RMatrix<char> &M1){ //格式化輸出矩陣,要定義常量成員函數(shù) int k1=M1.getR(),k2=M1.getC(); Set<char> Dom=M1.getDom(),Ran=M1.getRan(); printf("關(guān)系矩陣如下:\n"); for(int i=0;i<=k1;i++){ // printf("here?"); //手動(dòng)斷點(diǎn) for(int j=0;j<=k2;j++){ if(i==0 && j==0) printf(" "); else if(j==0) printf("%c ",Dom[i-1]); else if(i==0) printf("%c ",Ran[j-1]); else{ printf("%d ",M1[i-1][j-1]); } } printf("\n"); } } void inputRelation(RMatrix<char> &M1){ //輸入關(guān)系 printf("請(qǐng)輸入集合A的元素:\n"); string str; // cin.get(); //這里不能直接這樣寫,因?yàn)榍懊嬗锌赡苁菦]有換行符的,那你就會(huì)少讀一個(gè)字符,所以只能靈活加 getline(cin,str); stringstream ss1(str); char inp; while(ss1>>inp){ M1.pushDom(inp); M1.pushRan(inp); } M1.updateSize(); printf("請(qǐng)輸入關(guān)系R:(格式為\'a,b\'并用空格分割)\n"); getline(cin,str); stringstream ss(str); int a,b; int isA=1; while(ss>>inp){ //使用">>"流輸入字符類型會(huì)自動(dòng)忽略空格...抽象了,printf是讀取空格的 // printf("%c",inp); if(inp==',') isA=0; else{ if(isA) a=M1.findDom(inp); else{ b=M1.findRan(inp); isA=1; M1.set(a,b,1); } } } printf("已知R"); outputMatrix(M1); return; } void nR(const RMatrix<char> &M1,int n){ RMatrix<char> M(M1); int n_=n; n--; while(n--) M=M.matrixSynthesis(M); printf("得出 R^%d",n_); outputMatrix(M); return; } int main(){ RMatrix<char> M1; //設(shè)置集合的元素為字符類型 inputRelation(M1); int n; printf("請(qǐng)輸入n:"); scanf("%d",&n); nR(M1,n); return 0; }
參考:
新世紀(jì)debug戰(zhàn)士-C++實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)
到此這篇關(guān)于C++實(shí)現(xiàn)關(guān)系與關(guān)系矩陣的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++關(guān)系矩陣內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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