python矩阵乘法分治_分治法实现矩阵乘法
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
int *InitMatrix(int row,int col);//初始化
void FillMatrix(int *MatrixA, int size);//自动填充
void PrintMatrix(int *MatrixA,int size);//打印矩阵
void AddMatrix(int *MatrixIn1,int *MatrixIn2,int *MatrixOut,int size);//加
void SubMatrix(int *MatrixIn1,int *MatrixIn2,int *MatrixOut,int size);//减
void SplitMatrix(int *MatrixIn,int *MatrixOut,int size,int part);//四分
void StitchMatrix(int *PartA,int *PartB,int *PartC,int *PartD,int *Result,int size);//反着拼回去
void Strassen(int *MA,int *MB,int *MC,int size); //Strassen算法
void GradeSchool(int *MatrixIn1,int *MatrixIn2,int *MatrixOut,int size);//对比算法
int main()
{
clock_t StartTimeS,EndTimeS,StartTimeG,EndTimeG;
int MaSize = 0;
cout << "Please input the row of matrix(it must be index of two,like,2,4,8):";
cin >> MaSize;
int *MA = NULL;//规避野指针
int *MB = NULL;
int *MC = NULL;
MA = InitMatrix(MaSize,MaSize);
MB = InitMatrix(MaSize,MaSize);
MC = InitMatrix(MaSize,MaSize);
FillMatrix(MA,MaSize);
FillMatrix(MB,MaSize);
cout << "Matrix A is:" << endl << endl;
PrintMatrix(MA,MaSize);
cout << "Matrix B is:" << endl << endl;
PrintMatrix(MB,MaSize);
cout << "Matrix A and B are generated!" << endl << "Start to caculate!" << endl;//提示填充完毕
StartTimeS = clock();
Strassen(MA,MB,MC,MaSize);
EndTimeS = clock();
cout << "After Strassen multiplication the result is:" << endl << endl;
PrintMatrix(MC,MaSize);
StartTimeG = clock();
GradeSchool(MA,MB,MC,MaSize);
EndTimeG = clock();
cout << "After Strassen multiplication the result is:" << endl << endl;
PrintMatrix(MC,MaSize);
cout << "Strassen method starts at:" << StartTimeS << endl << "ends at:" << EndTimeS << endl;
cout << "Grade-School method starts at:" << StartTimeG << endl << "ends at:" << EndTimeG << endl;
free(MA);//释放空间
free(MB);
free(MC);
return 0;
}
int *InitMatrix(int row,int col)//初始化矩阵,大小事先不确定,所以需要动态分配
{
int *p;
size_t size = sizeof(int)*row*col;//需要开row*col个int类型大小的空间
if (NULL == (p = (int *)malloc(size)))
{
cout << "Error in InitMatrix!" << endl;
return NULL;
}
else
return p; //返回矩阵首地址
}
void FillMatrix( int *MatrixA, int size)
{
for(int row = 0; row < size; row ++)
{
for(int col = 0; col < size; col ++)
{
MatrixA[row*size + col] = rand() %5;
}
}
}
void PrintMatrix(int *MatrixA,int size)
{
//cout<
for(int row = 0; row < size; row ++)
{
for(int col = 0; col < size; col ++)
{
cout << MatrixA[row*size + col] << "\t";
if ((col + 1) % ((size)) == 0)
cout << endl;
}
}
cout << endl;
}
void AddMatrix(int *MatrixIn1,int *MatrixIn2,int *MatrixOut,int size)
{
for(int i = 0;i < size*size;i ++)
{
MatrixOut[i] = MatrixIn1[i] + MatrixIn2[i];
}
}
void SubMatrix(int *MatrixIn1,int *MatrixIn2,int *MatrixOut,int size)
{
for(int i = 0;i < size*size;i ++)
{
MatrixOut[i] = MatrixIn1[i] - MatrixIn2[i];
}
}
void SplitMatrix(int *MatrixIn,int *MatrixOut,int size,int part)
{
int n = size/2;//编写方便
switch(part)
{
case 1://四分左上
{
for (int i = 0;i < n;i ++)
{
for (int j = 0;j < n;j ++)
{
MatrixOut[i*n + j] = MatrixIn[i*n + j];
}
}
break;
}
case 2://四分右上
{
for (int i = 0;i < n;i ++)
{
for (int j = 0;j < n;j ++)
{
MatrixOut[i*n + j] = MatrixIn[i*n + j + n];
}
}
break;
}
case 3://四分左下
{
for (int i = 0; i < n; i ++)
{
for (int j = 0; j < n; j ++)
{
MatrixOut[i*n + j] = MatrixIn[(i + n)*n + j];
}
}
break;
}
case 4://四分右下
{
for (int i = 0; i < n; i ++)
{
for (int j = 0; j< n; j ++)
{
MatrixOut[i*n + j] = MatrixIn[(i + n)*n + j + n];
}
}
break;
}
default :
cout<
}
}
void StitchMatrix(int *PartA,int *PartB,int *PartC,int *PartD,int *Result,int size)//反着拼回去
{
for(int i = 0; i < size; i ++)
{
for(int j = 0; j < size; j ++)
{
Result[i*size*2 + j] = PartA[i*size + j];
Result[i*size*2 + j + size] = PartB[i*size + j];
Result[(i + size)*size*2 + j] = PartC[i*size + j];
Result[(i + size)*size*2 + j + size] = PartD[i*size + j];
}
}
}
/*
/Strassen算法:
/分块,分到2*2
*/
void Strassen(int *MA,int *MB,int *MC,int size)
{
int n = size/2;
if (2 == size)//这样就不用分了,以及分到最后执行这个不用再递归
{
int p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7;
p1 = MA[0]*(MB[1]-MB[3]) ;
p2 = (MA[0] + MA[1])*MB[3] ;
p3 = (MA[2] + MA[3])*MB[0] ;
p4 = MA[3]*(MB[2] - MB[0]) ;
p5 = (MA[0] + MA[3])*(MB[0] + MB[3]) ;
p6 = (MA[1] - MA[3])*(MB[2] + MB[3]) ;
p7 = (MA[0] - MA[2])*(MB[0] + MB[1]) ;
MC[0] = p5 + p4 - p2 + p6 ;
MC[1] = p1 + p2 ;
MC[2] = p3 + p4 ;
MC[3] = p5 + p1 -p3 - p7 ;
return ;
}
else
{
int *MA1 = NULL,*MA2 = NULL,*MA3 = NULL,*MA4 = NULL;
int *MB1 = NULL,*MB2 = NULL,*MB3 = NULL,*MB4 = NULL;
int *MC1 = NULL,*MC2 = NULL,*MC3 = NULL,*MC4 = NULL;
int *p1 = NULL,*p2 = NULL,*p3 = NULL,*p4 = NULL,*p5 = NULL,*p6 = NULL,*p7 = NULL;
int *TEMP1 = NULL,*TEMP2 = NULL;
MA1 = InitMatrix(n,n);
MA2 = InitMatrix(n,n);
MA3 = InitMatrix(n,n);
MA4 = InitMatrix(n,n);
MB1 = InitMatrix(n,n);
MB2 = InitMatrix(n,n);
MB3 = InitMatrix(n,n);
MB4 = InitMatrix(n,n);
MC1 = InitMatrix(n,n);
MC2 = InitMatrix(n,n);
MC3 = InitMatrix(n,n);
MC4 = InitMatrix(n,n);
p1 = InitMatrix(n,n);
p2 = InitMatrix(n,n);
p3 = InitMatrix(n,n);
p4 = InitMatrix(n,n);
p5 = InitMatrix(n,n);
p6 = InitMatrix(n,n);
p7 = InitMatrix(n,n);
TEMP1 = InitMatrix(n,n);
TEMP2 = InitMatrix(n,n);
SplitMatrix(MA,MA1,size,1);SplitMatrix(MA,MA2,size,2);SplitMatrix(MA,MA3,size,3);SplitMatrix(MA,MA4,size,4);
SplitMatrix(MB,MB1,size,1);SplitMatrix(MB,MB2,size,2);SplitMatrix(MB,MB3,size,3);SplitMatrix(MB,MB4,size,4);
/*///
/* p1=a(f-h)
/* p2=h(a+b)
/* p3=e(c+d)
/* p4=d(g+e)
/* p5=(e+h)(a+d)
/* p6=(g+h)(b-d)
/* p7=(a-c)(e+f)
/*A a1 b2 B e1 f2
/* c3 d4 g3 h4
///*/
//p1
SubMatrix(MB2,MB4,TEMP1,n);
Strassen(MA1,TEMP1,p1,n);
//p2
AddMatrix(MA1,MA2,TEMP1,n);
Strassen(MB4,TEMP1,p2,n);
//P3
AddMatrix(MA3,MA4,TEMP1,n);
Strassen(MB1,TEMP1,p3,n);
//P4
AddMatrix(MB3,MB1,TEMP1,n);
Strassen(MA4,TEMP1,p4,n);
//P5
AddMatrix(MB1,MB4,TEMP1,n);
AddMatrix(MA1,MA4,TEMP2,n);
Strassen(TEMP1,TEMP2,p5,n);
//P6
AddMatrix(MB3,MB4,TEMP1,n);
SubMatrix(MA2,MA4,TEMP1,n);
Strassen(TEMP1,TEMP2,p6,n);
//P7
AddMatrix(MB1,MB2,TEMP1,n);
SubMatrix(MA1,MA3,TEMP2,n);
Strassen(TEMP1,TEMP2,p7,n);
//C1=P5+P4+P6-P2
AddMatrix(p5,p4,TEMP1,n);
AddMatrix(TEMP1,p6,TEMP2,n);
SubMatrix(TEMP2,p2,MC1,n);
//C2=P1+P2
AddMatrix(p1,p2,MC2,n);
//C3=P3+P4
AddMatrix(p3,p4,MC3,n);
//C4=P5+P1-P3-P7
AddMatrix(p5,p1,TEMP1,n);
SubMatrix(TEMP1,p3,TEMP2,n);
SubMatrix(TEMP2,p7,MC4,n);
StitchMatrix(MC1,MC2,MC3,MC4,MC,n);
free(MA1);free(MA2);free(MA3);free(MA4);
free(MB1);free(MB2);free(MB3);free(MB4);
free(MC1);free(MC2);free(MC3);free(MC4);
free(p1);free(p2);free(p3);free(p4);free(p5);free(p6);free(p7);
free(TEMP1);free(TEMP2);
return ;
}
}
void GradeSchool(int *MatrixIn1,int *MatrixIn2,int *MatrixOut,int size)
{
for (int i = 0; i < size; i ++)
{
for (int j = 0; j < size; j ++)
{
MatrixOut[i*size + j] = 0;
for (int k = 0; k < size; k ++)
{
MatrixOut[i*size + j] = MatrixOut[i*size + j] + MatrixIn1[i*size + k]*MatrixIn2[k*size + j];
}
}
}
}
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