| 1 |  | 
|---|
| 2 | /*  | 
|---|
| 3 |    orxonox - the future of 3D-vertical-scrollers | 
|---|
| 4 |  | 
|---|
| 5 |    Copyright (C) 2004 orx | 
|---|
| 6 |  | 
|---|
| 7 |    This program is free software; you can redistribute it and/or modify | 
|---|
| 8 |    it under the terms of the GNU General Public License as published by | 
|---|
| 9 |    the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option) | 
|---|
| 10 |    any later version. | 
|---|
| 11 |  | 
|---|
| 12 |    ### File Specific: | 
|---|
| 13 |    main-programmer: Benjamin Grauer | 
|---|
| 14 |    co-programmer: ... | 
|---|
| 15 |  | 
|---|
| 16 |    \todo Null-Parent => center of the coord system - singleton | 
|---|
| 17 |    \todo Smooth-Parent: delay, speed | 
|---|
| 18 |    \todo destroy the stuff again, delete... | 
|---|
| 19 | */ | 
|---|
| 20 |  | 
|---|
| 21 | #include "matrix.h" | 
|---|
| 22 |  | 
|---|
| 23 | Matrix::Matrix (size_t row, size_t col) | 
|---|
| 24 | { | 
|---|
| 25 |   _m = new base_mat( row, col, 0); | 
|---|
| 26 | } | 
|---|
| 27 |  | 
|---|
| 28 | // copy constructor | 
|---|
| 29 | Matrix::Matrix (const Matrix& m) | 
|---|
| 30 | { | 
|---|
| 31 |     _m = m._m; | 
|---|
| 32 |     _m->Refcnt++; | 
|---|
| 33 | } | 
|---|
| 34 |  | 
|---|
| 35 | // Internal copy constructor | 
|---|
| 36 | void Matrix::clone () | 
|---|
| 37 | { | 
|---|
| 38 |     _m->Refcnt--; | 
|---|
| 39 |     _m = new base_mat( _m->Row, _m->Col, _m->Val); | 
|---|
| 40 | } | 
|---|
| 41 |  | 
|---|
| 42 | // destructor | 
|---|
| 43 | Matrix::~Matrix () | 
|---|
| 44 | { | 
|---|
| 45 |    if (--_m->Refcnt == 0) delete _m; | 
|---|
| 46 | } | 
|---|
| 47 |  | 
|---|
| 48 | // assignment operator | 
|---|
| 49 | Matrix& Matrix::operator = (const Matrix& m)  | 
|---|
| 50 | { | 
|---|
| 51 |     m._m->Refcnt++; | 
|---|
| 52 |     if (--_m->Refcnt == 0) delete _m; | 
|---|
| 53 |     _m = m._m; | 
|---|
| 54 |     return *this; | 
|---|
| 55 | } | 
|---|
| 56 |  | 
|---|
| 57 | //  reallocation method | 
|---|
| 58 | void Matrix::realloc (size_t row, size_t col) | 
|---|
| 59 | { | 
|---|
| 60 |    if (row == _m->RowSiz && col == _m->ColSiz) | 
|---|
| 61 |    { | 
|---|
| 62 |       _m->Row = _m->RowSiz; | 
|---|
| 63 |       _m->Col = _m->ColSiz; | 
|---|
| 64 |       return; | 
|---|
| 65 |    } | 
|---|
| 66 |  | 
|---|
| 67 |    base_mat *m1 = new base_mat( row, col, NULL); | 
|---|
| 68 |    size_t colSize = min(_m->Col,col) * sizeof(float); | 
|---|
| 69 |    size_t minRow = min(_m->Row,row); | 
|---|
| 70 |  | 
|---|
| 71 |    for (size_t i=0; i < minRow; i++) | 
|---|
| 72 |       memcpy( m1->Val[i], _m->Val[i], colSize); | 
|---|
| 73 |  | 
|---|
| 74 |    if (--_m->Refcnt == 0)  | 
|---|
| 75 |        delete _m; | 
|---|
| 76 |    _m = m1; | 
|---|
| 77 |  | 
|---|
| 78 |    return; | 
|---|
| 79 | } | 
|---|
| 80 |  | 
|---|
| 81 | // public method for resizing Matrix | 
|---|
| 82 | void Matrix::SetSize (size_t row, size_t col)  | 
|---|
| 83 | { | 
|---|
| 84 |    size_t i,j; | 
|---|
| 85 |    size_t oldRow = _m->Row; | 
|---|
| 86 |    size_t oldCol = _m->Col; | 
|---|
| 87 |  | 
|---|
| 88 |    if (row != _m->RowSiz || col != _m->ColSiz) | 
|---|
| 89 |       realloc( row, col); | 
|---|
| 90 |  | 
|---|
| 91 |    for (i=oldRow; i < row; i++) | 
|---|
| 92 |       for (j=0; j < col; j++) | 
|---|
| 93 |          _m->Val[i][j] = float(0); | 
|---|
| 94 |  | 
|---|
| 95 |    for (i=0; i < row; i++)                       | 
|---|
| 96 |       for (j=oldCol; j < col; j++) | 
|---|
| 97 |          _m->Val[i][j] = float(0); | 
|---|
| 98 |  | 
|---|
| 99 |    return; | 
|---|
| 100 | } | 
|---|
| 101 |  | 
|---|
| 102 | // subscript operator to get/set individual elements | 
|---|
| 103 | float& Matrix::operator () (size_t row, size_t col)  | 
|---|
| 104 | { | 
|---|
| 105 |    if (row >= _m->Row || col >= _m->Col) | 
|---|
| 106 |       printf( "Matrix::operator(): Index out of range!\n"); | 
|---|
| 107 |    if (_m->Refcnt > 1) clone(); | 
|---|
| 108 |    return _m->Val[row][col]; | 
|---|
| 109 | } | 
|---|
| 110 |  | 
|---|
| 111 | // subscript operator to get/set individual elements | 
|---|
| 112 | float Matrix::operator () (size_t row, size_t col) const  | 
|---|
| 113 | { | 
|---|
| 114 |    if (row >= _m->Row || col >= _m->Col) | 
|---|
| 115 |       printf( "Matrix::operator(): Index out of range!\n"); | 
|---|
| 116 |    return _m->Val[row][col]; | 
|---|
| 117 | } | 
|---|
| 118 |  | 
|---|
| 119 | // input stream function | 
|---|
| 120 | istream& operator >> (istream& istrm, Matrix& m) | 
|---|
| 121 | { | 
|---|
| 122 |    for (size_t i=0; i < m.RowNo(); i++) | 
|---|
| 123 |       for (size_t j=0; j < m.ColNo(); j++) | 
|---|
| 124 |       { | 
|---|
| 125 |          float x; | 
|---|
| 126 |          istrm >> x; | 
|---|
| 127 |          m(i,j) = x; | 
|---|
| 128 |       } | 
|---|
| 129 |    return istrm; | 
|---|
| 130 | } | 
|---|
| 131 |  | 
|---|
| 132 | // output stream function | 
|---|
| 133 | ostream& operator << (ostream& ostrm, const Matrix& m) | 
|---|
| 134 | { | 
|---|
| 135 |    for (size_t i=0; i < m.RowNo(); i++) | 
|---|
| 136 |    { | 
|---|
| 137 |       for (size_t j=0; j < m.ColNo(); j++) | 
|---|
| 138 |       { | 
|---|
| 139 |          float x = m(i,j); | 
|---|
| 140 |          ostrm << x << '\t'; | 
|---|
| 141 |       } | 
|---|
| 142 |       ostrm << endl; | 
|---|
| 143 |    } | 
|---|
| 144 |    return ostrm; | 
|---|
| 145 | } | 
|---|
| 146 |  | 
|---|
| 147 |  | 
|---|
| 148 | // logical equal-to operator | 
|---|
| 149 | bool operator == (const Matrix& m1, const Matrix& m2)  | 
|---|
| 150 | { | 
|---|
| 151 |    if (m1.RowNo() != m2.RowNo() || m1.ColNo() != m2.ColNo()) | 
|---|
| 152 |       return false; | 
|---|
| 153 |  | 
|---|
| 154 |    for (size_t i=0; i < m1.RowNo(); i++) | 
|---|
| 155 |       for (size_t j=0; j < m1.ColNo(); j++) | 
|---|
| 156 |               if (m1(i,j) != m2(i,j)) | 
|---|
| 157 |                  return false; | 
|---|
| 158 |  | 
|---|
| 159 |    return true; | 
|---|
| 160 | } | 
|---|
| 161 |  | 
|---|
| 162 | // logical no-equal-to operator | 
|---|
| 163 | bool operator != (const Matrix& m1, const Matrix& m2)  | 
|---|
| 164 | { | 
|---|
| 165 |     return (m1 == m2) ? false : true; | 
|---|
| 166 | } | 
|---|
| 167 |  | 
|---|
| 168 | // combined addition and assignment operator | 
|---|
| 169 | Matrix& Matrix::operator += (const Matrix& m)  | 
|---|
| 170 | { | 
|---|
| 171 |    if (_m->Row != m._m->Row || _m->Col != m._m->Col) | 
|---|
| 172 |      printf("Matrix::operator+= : Inconsistent Matrix sizes in addition!\n"); | 
|---|
| 173 |    if (_m->Refcnt > 1) clone(); | 
|---|
| 174 |    for (size_t i=0; i < m._m->Row; i++) | 
|---|
| 175 |       for (size_t j=0; j < m._m->Col; j++) | 
|---|
| 176 |          _m->Val[i][j] += m._m->Val[i][j]; | 
|---|
| 177 |    return *this; | 
|---|
| 178 | } | 
|---|
| 179 |  | 
|---|
| 180 | // combined subtraction and assignment operator | 
|---|
| 181 | Matrix& Matrix::operator -= (const Matrix& m)  | 
|---|
| 182 | { | 
|---|
| 183 |    if (_m->Row != m._m->Row || _m->Col != m._m->Col) | 
|---|
| 184 |       printf( "Matrix::operator-= : Inconsistent Matrix sizes in subtraction!\n"); | 
|---|
| 185 |    if (_m->Refcnt > 1) clone(); | 
|---|
| 186 |    for (size_t i=0; i < m._m->Row; i++) | 
|---|
| 187 |       for (size_t j=0; j < m._m->Col; j++) | 
|---|
| 188 |          _m->Val[i][j] -= m._m->Val[i][j]; | 
|---|
| 189 |    return *this; | 
|---|
| 190 | } | 
|---|
| 191 |  | 
|---|
| 192 | // combined scalar multiplication and assignment operator | 
|---|
| 193 |  Matrix& | 
|---|
| 194 | Matrix::operator *= (const float& c)  | 
|---|
| 195 | { | 
|---|
| 196 |     if (_m->Refcnt > 1) clone(); | 
|---|
| 197 |     for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 198 |         for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 199 |             _m->Val[i][j] *= c; | 
|---|
| 200 |     return *this; | 
|---|
| 201 | } | 
|---|
| 202 |  | 
|---|
| 203 | // combined Matrix multiplication and assignment operator | 
|---|
| 204 |  Matrix& | 
|---|
| 205 | Matrix::operator *= (const Matrix& m)  | 
|---|
| 206 | { | 
|---|
| 207 |    if (_m->Col != m._m->Row) | 
|---|
| 208 |       printf( "Matrix::operator*= : Inconsistent Matrix sizes in multiplication!\n"); | 
|---|
| 209 |  | 
|---|
| 210 |    Matrix temp(_m->Row,m._m->Col); | 
|---|
| 211 |  | 
|---|
| 212 |    for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 213 |       for (size_t j=0; j < m._m->Col; j++) | 
|---|
| 214 |       { | 
|---|
| 215 |          temp._m->Val[i][j] = float(0); | 
|---|
| 216 |          for (size_t k=0; k < _m->Col; k++) | 
|---|
| 217 |             temp._m->Val[i][j] += _m->Val[i][k] * m._m->Val[k][j]; | 
|---|
| 218 |       } | 
|---|
| 219 |    *this = temp; | 
|---|
| 220 |  | 
|---|
| 221 |    return *this; | 
|---|
| 222 | } | 
|---|
| 223 |  | 
|---|
| 224 | // combined scalar division and assignment operator | 
|---|
| 225 |  Matrix& | 
|---|
| 226 | Matrix::operator /= (const float& c)  | 
|---|
| 227 | { | 
|---|
| 228 |     if (_m->Refcnt > 1) clone(); | 
|---|
| 229 |     for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 230 |         for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 231 |             _m->Val[i][j] /= c; | 
|---|
| 232 |  | 
|---|
| 233 |     return *this; | 
|---|
| 234 | } | 
|---|
| 235 |  | 
|---|
| 236 | // combined power and assignment operator | 
|---|
| 237 |  Matrix& | 
|---|
| 238 | Matrix::operator ^= (const size_t& pow)  | 
|---|
| 239 | { | 
|---|
| 240 |   Matrix temp(*this); | 
|---|
| 241 |  | 
|---|
| 242 |   for (size_t i=2; i <= pow; i++) | 
|---|
| 243 |     *this *=  temp; // changed from *this = *this * temp; | 
|---|
| 244 |  | 
|---|
| 245 |   return *this; | 
|---|
| 246 | } | 
|---|
| 247 |  | 
|---|
| 248 | // unary negation operator | 
|---|
| 249 |  Matrix | 
|---|
| 250 | Matrix::operator - ()  | 
|---|
| 251 | { | 
|---|
| 252 |    Matrix temp(_m->Row,_m->Col); | 
|---|
| 253 |  | 
|---|
| 254 |    for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 255 |       for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 256 |          temp._m->Val[i][j] = - _m->Val[i][j]; | 
|---|
| 257 |  | 
|---|
| 258 |    return temp; | 
|---|
| 259 | } | 
|---|
| 260 |  | 
|---|
| 261 | // binary addition operator | 
|---|
| 262 |  Matrix | 
|---|
| 263 | operator + (const Matrix& m1, const Matrix& m2)  | 
|---|
| 264 | { | 
|---|
| 265 |    Matrix temp = m1; | 
|---|
| 266 |    temp += m2; | 
|---|
| 267 |    return temp; | 
|---|
| 268 | } | 
|---|
| 269 |  | 
|---|
| 270 | // binary subtraction operator | 
|---|
| 271 |  Matrix | 
|---|
| 272 | operator - (const Matrix& m1, const Matrix& m2)  | 
|---|
| 273 | { | 
|---|
| 274 |    Matrix temp = m1; | 
|---|
| 275 |    temp -= m2; | 
|---|
| 276 |    return temp; | 
|---|
| 277 | } | 
|---|
| 278 |  | 
|---|
| 279 | // binary scalar multiplication operator | 
|---|
| 280 |  Matrix | 
|---|
| 281 | operator * (const Matrix& m, const float& no)  | 
|---|
| 282 | { | 
|---|
| 283 |    Matrix temp = m; | 
|---|
| 284 |    temp *= no; | 
|---|
| 285 |    return temp; | 
|---|
| 286 | } | 
|---|
| 287 |  | 
|---|
| 288 |  | 
|---|
| 289 | // binary scalar multiplication operator | 
|---|
| 290 |  Matrix | 
|---|
| 291 | operator * (const float& no, const Matrix& m)  | 
|---|
| 292 | { | 
|---|
| 293 |    return (m * no); | 
|---|
| 294 | } | 
|---|
| 295 |  | 
|---|
| 296 | // binary Matrix multiplication operator | 
|---|
| 297 |  Matrix | 
|---|
| 298 | operator * (const Matrix& m1, const Matrix& m2)  | 
|---|
| 299 | { | 
|---|
| 300 |    Matrix temp = m1; | 
|---|
| 301 |    temp *= m2; | 
|---|
| 302 |    return temp; | 
|---|
| 303 | } | 
|---|
| 304 |  | 
|---|
| 305 | // binary scalar division operator | 
|---|
| 306 |  Matrix | 
|---|
| 307 | operator / (const Matrix& m, const float& no)  | 
|---|
| 308 | { | 
|---|
| 309 |     return (m * (float(1) / no)); | 
|---|
| 310 | } | 
|---|
| 311 |  | 
|---|
| 312 |  | 
|---|
| 313 | // binary scalar division operator | 
|---|
| 314 |  Matrix | 
|---|
| 315 | operator / (const float& no, const Matrix& m)  | 
|---|
| 316 | { | 
|---|
| 317 |     return (!m * no); | 
|---|
| 318 | } | 
|---|
| 319 |  | 
|---|
| 320 | // binary Matrix division operator | 
|---|
| 321 |  Matrix | 
|---|
| 322 | operator / (const Matrix& m1, const Matrix& m2)  | 
|---|
| 323 | { | 
|---|
| 324 |     return (m1 * !m2); | 
|---|
| 325 | } | 
|---|
| 326 |  | 
|---|
| 327 | // binary power operator | 
|---|
| 328 |  Matrix | 
|---|
| 329 | operator ^ (const Matrix& m, const size_t& pow)  | 
|---|
| 330 | { | 
|---|
| 331 |    Matrix temp = m; | 
|---|
| 332 |    temp ^= pow; | 
|---|
| 333 |    return temp; | 
|---|
| 334 | } | 
|---|
| 335 |  | 
|---|
| 336 | // unary transpose operator | 
|---|
| 337 |  Matrix | 
|---|
| 338 | operator ~ (const Matrix& m)  | 
|---|
| 339 | { | 
|---|
| 340 |    Matrix temp(m.ColNo(),m.RowNo()); | 
|---|
| 341 |  | 
|---|
| 342 |    for (size_t i=0; i < m.RowNo(); i++) | 
|---|
| 343 |       for (size_t j=0; j < m.ColNo(); j++) | 
|---|
| 344 |       { | 
|---|
| 345 |          float x = m(i,j); | 
|---|
| 346 |               temp(j,i) = x; | 
|---|
| 347 |       } | 
|---|
| 348 |    return temp; | 
|---|
| 349 | } | 
|---|
| 350 |  | 
|---|
| 351 | // unary inversion operator | 
|---|
| 352 |  Matrix | 
|---|
| 353 | operator ! (const Matrix m)  | 
|---|
| 354 | { | 
|---|
| 355 |    Matrix temp = m; | 
|---|
| 356 |    return temp.Inv(); | 
|---|
| 357 | } | 
|---|
| 358 |  | 
|---|
| 359 | // inversion function | 
|---|
| 360 |  Matrix | 
|---|
| 361 | Matrix::Inv ()  | 
|---|
| 362 | { | 
|---|
| 363 |    size_t i,j,k; | 
|---|
| 364 |    float a1,a2,*rowptr; | 
|---|
| 365 |  | 
|---|
| 366 |    if (_m->Row != _m->Col) | 
|---|
| 367 |       printf( "Matrix::operator!: Inversion of a non-square Matrix\n"); | 
|---|
| 368 |  | 
|---|
| 369 |    Matrix temp(_m->Row,_m->Col); | 
|---|
| 370 |    if (_m->Refcnt > 1) clone(); | 
|---|
| 371 |  | 
|---|
| 372 |  | 
|---|
| 373 |    temp.Unit(); | 
|---|
| 374 |    for (k=0; k < _m->Row; k++) | 
|---|
| 375 |    { | 
|---|
| 376 |       int indx = pivot(k); | 
|---|
| 377 |       if (indx == -1) | 
|---|
| 378 |               printf( "Matrix::operator!: Inversion of a singular Matrix\n"); | 
|---|
| 379 |  | 
|---|
| 380 |       if (indx != 0) | 
|---|
| 381 |       { | 
|---|
| 382 |               rowptr = temp._m->Val[k]; | 
|---|
| 383 |               temp._m->Val[k] = temp._m->Val[indx]; | 
|---|
| 384 |               temp._m->Val[indx] = rowptr; | 
|---|
| 385 |       } | 
|---|
| 386 |       a1 = _m->Val[k][k]; | 
|---|
| 387 |       for (j=0; j < _m->Row; j++) | 
|---|
| 388 |       { | 
|---|
| 389 |               _m->Val[k][j] /= a1; | 
|---|
| 390 |               temp._m->Val[k][j] /= a1; | 
|---|
| 391 |       } | 
|---|
| 392 |       for (i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 393 |            if (i != k) | 
|---|
| 394 |            { | 
|---|
| 395 |               a2 = _m->Val[i][k]; | 
|---|
| 396 |               for (j=0; j < _m->Row; j++) | 
|---|
| 397 |               { | 
|---|
| 398 |                  _m->Val[i][j] -= a2 * _m->Val[k][j]; | 
|---|
| 399 |                  temp._m->Val[i][j] -= a2 * temp._m->Val[k][j]; | 
|---|
| 400 |               } | 
|---|
| 401 |            } | 
|---|
| 402 |    } | 
|---|
| 403 |    return temp; | 
|---|
| 404 | } | 
|---|
| 405 |  | 
|---|
| 406 | // solve simultaneous equation | 
|---|
| 407 |  Matrix | 
|---|
| 408 | Matrix::Solve (const Matrix& v) const  | 
|---|
| 409 | { | 
|---|
| 410 |    size_t i,j,k; | 
|---|
| 411 |    float a1; | 
|---|
| 412 |  | 
|---|
| 413 |    if (!(_m->Row == _m->Col && _m->Col == v._m->Row)) | 
|---|
| 414 |       printf( "Matrix::Solve():Inconsistent matrices!\n"); | 
|---|
| 415 |  | 
|---|
| 416 |    Matrix temp(_m->Row,_m->Col+v._m->Col); | 
|---|
| 417 |    for (i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 418 |    { | 
|---|
| 419 |       for (j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 420 |          temp._m->Val[i][j] = _m->Val[i][j]; | 
|---|
| 421 |       for (k=0; k < v._m->Col; k++) | 
|---|
| 422 |          temp._m->Val[i][_m->Col+k] = v._m->Val[i][k]; | 
|---|
| 423 |    } | 
|---|
| 424 |    for (k=0; k < _m->Row; k++) | 
|---|
| 425 |    { | 
|---|
| 426 |       int indx = temp.pivot(k); | 
|---|
| 427 |       if (indx == -1) | 
|---|
| 428 |          printf( "Matrix::Solve(): Singular Matrix!\n"); | 
|---|
| 429 |  | 
|---|
| 430 |       a1 = temp._m->Val[k][k]; | 
|---|
| 431 |       for (j=k; j < temp._m->Col; j++) | 
|---|
| 432 |          temp._m->Val[k][j] /= a1; | 
|---|
| 433 |  | 
|---|
| 434 |       for (i=k+1; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 435 |       { | 
|---|
| 436 |          a1 = temp._m->Val[i][k]; | 
|---|
| 437 |          for (j=k; j < temp._m->Col; j++) | 
|---|
| 438 |            temp._m->Val[i][j] -= a1 * temp._m->Val[k][j]; | 
|---|
| 439 |       } | 
|---|
| 440 |    } | 
|---|
| 441 |    Matrix s(v._m->Row,v._m->Col); | 
|---|
| 442 |    for (k=0; k < v._m->Col; k++) | 
|---|
| 443 |       for (int m=int(_m->Row)-1; m >= 0; m--) | 
|---|
| 444 |       { | 
|---|
| 445 |          s._m->Val[m][k] = temp._m->Val[m][_m->Col+k]; | 
|---|
| 446 |          for (j=m+1; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 447 |             s._m->Val[m][k] -= temp._m->Val[m][j] * s._m->Val[j][k]; | 
|---|
| 448 |       } | 
|---|
| 449 |    return s; | 
|---|
| 450 | } | 
|---|
| 451 |  | 
|---|
| 452 | // set zero to all elements of this Matrix | 
|---|
| 453 |  void | 
|---|
| 454 | Matrix::Null (const size_t& row, const size_t& col)  | 
|---|
| 455 | { | 
|---|
| 456 |     if (row != _m->Row || col != _m->Col) | 
|---|
| 457 |         realloc( row,col); | 
|---|
| 458 |  | 
|---|
| 459 |     if (_m->Refcnt > 1)  | 
|---|
| 460 |         clone(); | 
|---|
| 461 |  | 
|---|
| 462 |     for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 463 |         for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 464 |             _m->Val[i][j] = float(0); | 
|---|
| 465 |     return; | 
|---|
| 466 | } | 
|---|
| 467 |  | 
|---|
| 468 | // set zero to all elements of this Matrix | 
|---|
| 469 |  void | 
|---|
| 470 | Matrix::Null()  | 
|---|
| 471 | { | 
|---|
| 472 |     if (_m->Refcnt > 1) clone();    | 
|---|
| 473 |     for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 474 |         for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 475 |                 _m->Val[i][j] = float(0); | 
|---|
| 476 |     return; | 
|---|
| 477 | } | 
|---|
| 478 |  | 
|---|
| 479 | // set this Matrix to unity | 
|---|
| 480 |  void | 
|---|
| 481 | Matrix::Unit (const size_t& row)  | 
|---|
| 482 | { | 
|---|
| 483 |     if (row != _m->Row || row != _m->Col) | 
|---|
| 484 |         realloc( row, row); | 
|---|
| 485 |          | 
|---|
| 486 |     if (_m->Refcnt > 1)  | 
|---|
| 487 |         clone(); | 
|---|
| 488 |  | 
|---|
| 489 |     for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 490 |         for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 491 |             _m->Val[i][j] = i == j ? float(1) : float(0); | 
|---|
| 492 |     return; | 
|---|
| 493 | } | 
|---|
| 494 |  | 
|---|
| 495 | // set this Matrix to unity | 
|---|
| 496 |  void | 
|---|
| 497 | Matrix::Unit ()  | 
|---|
| 498 | { | 
|---|
| 499 |     if (_m->Refcnt > 1) clone();    | 
|---|
| 500 |     size_t row = min(_m->Row,_m->Col); | 
|---|
| 501 |     _m->Row = _m->Col = row; | 
|---|
| 502 |  | 
|---|
| 503 |     for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 504 |         for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 505 |             _m->Val[i][j] = i == j ? float(1) : float(0); | 
|---|
| 506 |     return; | 
|---|
| 507 | } | 
|---|
| 508 |  | 
|---|
| 509 | // private partial pivoting method | 
|---|
| 510 |  int | 
|---|
| 511 | Matrix::pivot (size_t row) | 
|---|
| 512 | { | 
|---|
| 513 |   int k = int(row); | 
|---|
| 514 |   double amax,temp; | 
|---|
| 515 |  | 
|---|
| 516 |   amax = -1; | 
|---|
| 517 |   for (size_t i=row; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 518 |     if ( (temp = abs( _m->Val[i][row])) > amax && temp != 0.0) | 
|---|
| 519 |      { | 
|---|
| 520 |        amax = temp; | 
|---|
| 521 |        k = i; | 
|---|
| 522 |      } | 
|---|
| 523 |   if (_m->Val[k][row] == float(0)) | 
|---|
| 524 |      return -1; | 
|---|
| 525 |   if (k != int(row)) | 
|---|
| 526 |   { | 
|---|
| 527 |      float* rowptr = _m->Val[k]; | 
|---|
| 528 |      _m->Val[k] = _m->Val[row]; | 
|---|
| 529 |      _m->Val[row] = rowptr; | 
|---|
| 530 |      return k; | 
|---|
| 531 |   } | 
|---|
| 532 |   return 0; | 
|---|
| 533 | } | 
|---|
| 534 |  | 
|---|
| 535 | // calculate the determinant of a Matrix | 
|---|
| 536 |  float | 
|---|
| 537 | Matrix::Det () const  | 
|---|
| 538 | { | 
|---|
| 539 |    size_t i,j,k; | 
|---|
| 540 |    float piv,detVal = float(1); | 
|---|
| 541 |  | 
|---|
| 542 |    if (_m->Row != _m->Col) | 
|---|
| 543 |       printf( "Matrix::Det(): Determinant a non-squareMatrix!\n"); | 
|---|
| 544 |     | 
|---|
| 545 |    Matrix temp(*this); | 
|---|
| 546 |    if (temp._m->Refcnt > 1) temp.clone(); | 
|---|
| 547 |  | 
|---|
| 548 |    for (k=0; k < _m->Row; k++) | 
|---|
| 549 |    { | 
|---|
| 550 |       int indx = temp.pivot(k); | 
|---|
| 551 |       if (indx == -1) | 
|---|
| 552 |          return 0; | 
|---|
| 553 |       if (indx != 0) | 
|---|
| 554 |          detVal = - detVal; | 
|---|
| 555 |       detVal = detVal * temp._m->Val[k][k]; | 
|---|
| 556 |       for (i=k+1; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 557 |       { | 
|---|
| 558 |          piv = temp._m->Val[i][k] / temp._m->Val[k][k]; | 
|---|
| 559 |          for (j=k+1; j < _m->Row; j++) | 
|---|
| 560 |             temp._m->Val[i][j] -= piv * temp._m->Val[k][j]; | 
|---|
| 561 |       } | 
|---|
| 562 |    } | 
|---|
| 563 |    return detVal; | 
|---|
| 564 | } | 
|---|
| 565 |  | 
|---|
| 566 | // calculate the norm of a Matrix | 
|---|
| 567 |  float | 
|---|
| 568 | Matrix::Norm ()  | 
|---|
| 569 | { | 
|---|
| 570 |    float retVal = float(0); | 
|---|
| 571 |  | 
|---|
| 572 |    for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 573 |       for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 574 |          retVal += _m->Val[i][j] * _m->Val[i][j]; | 
|---|
| 575 |    retVal = sqrt( retVal); | 
|---|
| 576 |  | 
|---|
| 577 |    return retVal; | 
|---|
| 578 | } | 
|---|
| 579 |  | 
|---|
| 580 | // calculate the condition number of a Matrix | 
|---|
| 581 |  float | 
|---|
| 582 | Matrix::Cond ()  | 
|---|
| 583 | { | 
|---|
| 584 |    Matrix inv = ! (*this); | 
|---|
| 585 |    return (Norm() * inv.Norm()); | 
|---|
| 586 | } | 
|---|
| 587 |  | 
|---|
| 588 | // calculate the cofactor of a Matrix for a given element | 
|---|
| 589 |  float | 
|---|
| 590 | Matrix::Cofact (size_t row, size_t col)  | 
|---|
| 591 | { | 
|---|
| 592 |    size_t i,i1,j,j1; | 
|---|
| 593 |  | 
|---|
| 594 |    if (_m->Row != _m->Col) | 
|---|
| 595 |       printf( "Matrix::Cofact(): Cofactor of a non-square Matrix!\n"); | 
|---|
| 596 |  | 
|---|
| 597 |    if (row > _m->Row || col > _m->Col) | 
|---|
| 598 |       printf( "Matrix::Cofact(): Index out of range!\n"); | 
|---|
| 599 |  | 
|---|
| 600 |    Matrix temp (_m->Row-1,_m->Col-1); | 
|---|
| 601 |  | 
|---|
| 602 |    for (i=i1=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 603 |    { | 
|---|
| 604 |       if (i == row) | 
|---|
| 605 |         continue; | 
|---|
| 606 |       for (j=j1=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 607 |       { | 
|---|
| 608 |          if (j == col) | 
|---|
| 609 |             continue; | 
|---|
| 610 |          temp._m->Val[i1][j1] = _m->Val[i][j]; | 
|---|
| 611 |          j1++; | 
|---|
| 612 |       } | 
|---|
| 613 |       i1++; | 
|---|
| 614 |    } | 
|---|
| 615 |    float  cof = temp.Det(); | 
|---|
| 616 |    if ((row+col)%2 == 1) | 
|---|
| 617 |       cof = -cof; | 
|---|
| 618 |  | 
|---|
| 619 |    return cof; | 
|---|
| 620 | } | 
|---|
| 621 |  | 
|---|
| 622 |  | 
|---|
| 623 | // calculate adjoin of a Matrix | 
|---|
| 624 |  Matrix | 
|---|
| 625 | Matrix::Adj ()  | 
|---|
| 626 | { | 
|---|
| 627 |    if (_m->Row != _m->Col) | 
|---|
| 628 |       printf( "Matrix::Adj(): Adjoin of a non-square Matrix.\n"); | 
|---|
| 629 |  | 
|---|
| 630 |    Matrix temp(_m->Row,_m->Col); | 
|---|
| 631 |  | 
|---|
| 632 |    for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 633 |       for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 634 |           temp._m->Val[j][i] = Cofact(i,j); | 
|---|
| 635 |    return temp; | 
|---|
| 636 | } | 
|---|
| 637 |  | 
|---|
| 638 | // Determine if the Matrix is singular | 
|---|
| 639 |  bool | 
|---|
| 640 | Matrix::IsSingular ()  | 
|---|
| 641 | { | 
|---|
| 642 |    if (_m->Row != _m->Col) | 
|---|
| 643 |       return false; | 
|---|
| 644 |    return (Det() == float(0)); | 
|---|
| 645 | } | 
|---|
| 646 |  | 
|---|
| 647 | // Determine if the Matrix is diagonal | 
|---|
| 648 |  bool | 
|---|
| 649 | Matrix::IsDiagonal ()  | 
|---|
| 650 | { | 
|---|
| 651 |    if (_m->Row != _m->Col) | 
|---|
| 652 |       return false; | 
|---|
| 653 |    for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 654 |      for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 655 |         if (i != j && _m->Val[i][j] != float(0)) | 
|---|
| 656 |           return false; | 
|---|
| 657 |    return true; | 
|---|
| 658 | } | 
|---|
| 659 |  | 
|---|
| 660 | // Determine if the Matrix is scalar | 
|---|
| 661 |  bool | 
|---|
| 662 | Matrix::IsScalar ()  | 
|---|
| 663 | { | 
|---|
| 664 |    if (!IsDiagonal()) | 
|---|
| 665 |      return false; | 
|---|
| 666 |    float v = _m->Val[0][0]; | 
|---|
| 667 |    for (size_t i=1; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 668 |      if (_m->Val[i][i] != v) | 
|---|
| 669 |         return false; | 
|---|
| 670 |    return true; | 
|---|
| 671 | } | 
|---|
| 672 |  | 
|---|
| 673 | // Determine if the Matrix is a unit Matrix | 
|---|
| 674 |  bool | 
|---|
| 675 | Matrix::IsUnit ()  | 
|---|
| 676 | { | 
|---|
| 677 |    if (IsScalar() && _m->Val[0][0] == float(1)) | 
|---|
| 678 |      return true; | 
|---|
| 679 |    return false; | 
|---|
| 680 | } | 
|---|
| 681 |  | 
|---|
| 682 | // Determine if this is a null Matrix | 
|---|
| 683 |  bool | 
|---|
| 684 | Matrix::IsNull ()  | 
|---|
| 685 | { | 
|---|
| 686 |    for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 687 |       for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 688 |          if (_m->Val[i][j] != float(0)) | 
|---|
| 689 |             return false; | 
|---|
| 690 |    return true; | 
|---|
| 691 | } | 
|---|
| 692 |  | 
|---|
| 693 | // Determine if the Matrix is symmetric | 
|---|
| 694 |  bool | 
|---|
| 695 | Matrix::IsSymmetric ()  | 
|---|
| 696 | { | 
|---|
| 697 |    if (_m->Row != _m->Col) | 
|---|
| 698 |       return false; | 
|---|
| 699 |    for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 700 |       for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 701 |          if (_m->Val[i][j] != _m->Val[j][i]) | 
|---|
| 702 |             return false; | 
|---|
| 703 |    return true; | 
|---|
| 704 | } | 
|---|
| 705 |             | 
|---|
| 706 | // Determine if the Matrix is skew-symmetric | 
|---|
| 707 |  bool | 
|---|
| 708 | Matrix::IsSkewSymmetric ()  | 
|---|
| 709 | { | 
|---|
| 710 |    if (_m->Row != _m->Col) | 
|---|
| 711 |       return false; | 
|---|
| 712 |    for (size_t i=0; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 713 |       for (size_t j=0; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 714 |          if (_m->Val[i][j] != -_m->Val[j][i]) | 
|---|
| 715 |             return false; | 
|---|
| 716 |    return true; | 
|---|
| 717 | } | 
|---|
| 718 |     | 
|---|
| 719 | // Determine if the Matrix is upper triangular | 
|---|
| 720 |  bool | 
|---|
| 721 | Matrix::IsUpperTriangular ()  | 
|---|
| 722 | { | 
|---|
| 723 |    if (_m->Row != _m->Col) | 
|---|
| 724 |       return false; | 
|---|
| 725 |    for (size_t i=1; i < _m->Row; i++) | 
|---|
| 726 |       for (size_t j=0; j < i-1; j++) | 
|---|
| 727 |          if (_m->Val[i][j] != float(0)) | 
|---|
| 728 |             return false; | 
|---|
| 729 |    return true; | 
|---|
| 730 | } | 
|---|
| 731 |  | 
|---|
| 732 | // Determine if the Matrix is lower triangular | 
|---|
| 733 |  bool | 
|---|
| 734 | Matrix::IsLowerTriangular ()  | 
|---|
| 735 | { | 
|---|
| 736 |    if (_m->Row != _m->Col) | 
|---|
| 737 |       return false; | 
|---|
| 738 |  | 
|---|
| 739 |    for (size_t j=1; j < _m->Col; j++) | 
|---|
| 740 |       for (size_t i=0; i < j-1; i++) | 
|---|
| 741 |          if (_m->Val[i][j] != float(0)) | 
|---|
| 742 |             return false; | 
|---|
| 743 |  | 
|---|
| 744 |    return true; | 
|---|
| 745 | } | 
|---|
| 746 |  | 
|---|