add matrix.h
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lab06/matrix.h
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@@ -0,0 +1,343 @@
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/**
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* matrix.h a very simplistic class for m times n matrices.
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*/
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||||
#ifndef MATRIX_H
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#define MATRIX_H
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#include <vector>
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#include <iostream>
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#include <iomanip>
|
||||
#include <cmath>
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// A very simplistic vector class for vectors of size n
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||||
class Vector {
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||||
public:
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||||
// constructors
|
||||
Vector(int n) : n_(n), data_(n_, 0) {}
|
||||
Vector(const Vector& other) = default;
|
||||
Vector(Vector&& other) = default;
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~Vector() = default;
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// assignment operators
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||||
Vector& operator=(const Vector& other) = default;
|
||||
Vector& operator=(Vector&& other) = default;
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||||
// element access
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||||
double& operator()(int i) { return data_[i]; }
|
||||
const double& operator()(int i) const { return data_[i]; }
|
||||
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||||
// getter functions for the dimensions
|
||||
int dim() const { return n_; }
|
||||
|
||||
// comparison operators
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||||
bool operator==(const Vector& b) { return (data_ == b.data_); }
|
||||
bool operator!=(const Vector& b) { return (data_ != b.data_); }
|
||||
|
||||
// addition
|
||||
Vector& operator+=(const Vector& b) {
|
||||
for (int i = 0; i < n_; ++i) {
|
||||
operator()(i) += b(i);
|
||||
}
|
||||
return *this;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// subtraction
|
||||
Vector& operator-=(const Vector& b) {
|
||||
for (int i = 0; i < n_; ++i) {
|
||||
operator()(i) -= b(i);
|
||||
}
|
||||
return *this;
|
||||
}
|
||||
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||||
// scalar multiplication
|
||||
Vector& operator*=(double x) {
|
||||
for (int i = 0; i < n_; ++i) {
|
||||
operator()(i) *= x;
|
||||
}
|
||||
return *this;
|
||||
}
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||||
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||||
// dot product between two vectors
|
||||
double dot(const Vector& other) const {
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||||
double sum = 0;
|
||||
for (int i = 0; i < n_; ++i) {
|
||||
sum += operator()(i) * other(i);
|
||||
}
|
||||
return sum;
|
||||
}
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||||
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private:
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int n_; // vector dimension
|
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std::vector<double> data_; // the vectors entries
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};
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||||
inline double dot(const Vector& v1, const Vector& v2) {
|
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return v1.dot(v2);
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||||
}
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||||
|
||||
// Print the vector as a table
|
||||
inline std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Vector& a) {
|
||||
const int width = 10;
|
||||
const int precision = 4;
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||||
|
||||
const auto originalPrecision = os.precision();
|
||||
os << std::setprecision(precision);
|
||||
|
||||
for (int i = 0; i < a.dim(); ++i) {
|
||||
os << std::setw(width) << a(i) << " ";
|
||||
}
|
||||
|
||||
os << "\n";
|
||||
|
||||
os << std::setprecision(originalPrecision);
|
||||
return os;
|
||||
}
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||||
// A very simple class for m times n matrices
|
||||
class Matrix {
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||||
public:
|
||||
// constructors
|
||||
Matrix() : Matrix(0, 0) {}
|
||||
Matrix(int m, int n) : m_(m), n_(n), data_(m_ * n_, 0) {}
|
||||
Matrix(std::pair<int, int> dim) : Matrix(dim.first, dim.second) {}
|
||||
Matrix(int n) : Matrix(n, n) {}
|
||||
Matrix(const Matrix& other) = default;
|
||||
Matrix(Matrix&& other) = default;
|
||||
~Matrix() = default;
|
||||
|
||||
// assignment operators
|
||||
Matrix& operator=(const Matrix& other) = default;
|
||||
Matrix& operator=(Matrix&& other) = default;
|
||||
|
||||
// element access
|
||||
double& operator()(int i, int j) { return data_[i * n_ + j]; }
|
||||
const double& operator()(int i, int j) const { return data_[i * n_ + j]; }
|
||||
|
||||
// getter functions for the dimensions
|
||||
std::pair<int, int> dim() const { return std::pair<int, int>(m_, n_); }
|
||||
int dim1() const { return m_; }
|
||||
int dim2() const { return n_; }
|
||||
int numEntries() const { return data_.size(); }
|
||||
|
||||
// comparison operators
|
||||
bool operator==(const Matrix& b) { return (data_ == b.data_); }
|
||||
bool operator!=(const Matrix& b) { return (data_ != b.data_); }
|
||||
|
||||
// addition
|
||||
Matrix& operator+=(const Matrix& b) {
|
||||
for (int i = 0; i < m_; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < n_; ++j) {
|
||||
operator()(i, j) += b(i, j);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return *this;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// subtraction
|
||||
Matrix& operator-=(const Matrix& b) {
|
||||
for (int i = 0; i < m_; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < n_; ++j) {
|
||||
operator()(i, j) -= b(i, j);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return *this;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// scalar multiplication
|
||||
Matrix& operator*=(double x) {
|
||||
for (int i = 0; i < m_; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < n_; ++j) {
|
||||
operator()(i, j) *= x;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return *this;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// scalar division
|
||||
Matrix& operator/=(double x) {
|
||||
for (int i = 0; i < m_; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < n_; ++j) {
|
||||
operator()(i, j) /= x;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return *this;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// matrix product (only for square matrices of equal dimension)
|
||||
Matrix& operator*=(const Matrix& b) {
|
||||
if (dim1() != dim2()) {
|
||||
std::cout << "Error in matrix multiplication: no square matrix\n";
|
||||
} else if (dim1() != b.dim1() || dim2() != b.dim2()) {
|
||||
std::cout << "Error in matrix multiplication: dimensions do not match\n";
|
||||
} else {
|
||||
Matrix a = *this;
|
||||
Matrix& c = *this;
|
||||
const int m = dim1();
|
||||
for (int i = 0; i < m; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < m; ++j) {
|
||||
for (int k = 0; k < m; ++k) {
|
||||
c(i, j) += a(i, k) * b(k, j);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return *this;
|
||||
}
|
||||
|
||||
public:
|
||||
int m_; // first dimension
|
||||
int n_; // second dimension
|
||||
std::vector<double> data_; // the matrix' entries
|
||||
};
|
||||
|
||||
// Print the matrix as a table
|
||||
inline std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Matrix& a) {
|
||||
const int width = 10;
|
||||
const int precision = 4;
|
||||
|
||||
const auto originalPrecision = os.precision();
|
||||
os << std::setprecision(precision);
|
||||
|
||||
for (int i = 0; i < a.dim1(); ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < a.dim2(); ++j) {
|
||||
os << std::setw(width) << a(i, j) << " ";
|
||||
}
|
||||
if (i != a.dim1() - 1)
|
||||
os << "\n";
|
||||
}
|
||||
|
||||
os << std::setprecision(originalPrecision);
|
||||
return os;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// matrix product
|
||||
inline Matrix operator*(const Matrix& a, const Matrix& b) {
|
||||
if (a.dim2() == b.dim1()) {
|
||||
int m = a.dim1();
|
||||
int n = a.dim2();
|
||||
int p = b.dim2();
|
||||
Matrix c(m, p);
|
||||
for (int i = 0; i < m; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < p; ++j) {
|
||||
for (int k = 0; k < n; ++k) {
|
||||
c(i, j) += a(i, k) * b(k, j);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return c;
|
||||
} else {
|
||||
return Matrix(0, 0);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
inline bool equalWithinRange(const Matrix& a,
|
||||
const Matrix& b,
|
||||
double eps = 1e-12) {
|
||||
if (a.dim1() != b.dim1() || a.dim2() != b.dim2())
|
||||
return false;
|
||||
|
||||
int m = a.dim1();
|
||||
int n = a.dim2();
|
||||
for (int i = 0; i < m; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < n; ++j) {
|
||||
if (fabs(a(i, j) - b(i, j)) > eps) {
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return true;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// A very simple class for "3D-Matrices" (tensors) with dimension l x m x n
|
||||
class Matrix3D {
|
||||
public:
|
||||
// constructors
|
||||
Matrix3D(int l, int m, int n) : l_(l), m_(m), n_(n), data_(l) {
|
||||
for (int i = 0; i < l_; ++i) {
|
||||
data_[i] = std::vector<std::vector<double>>(m_);
|
||||
for (int j = 0; j < m_; ++j) {
|
||||
data_[i][j] = std::vector<double>(n_, 0);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
Matrix3D(int n) : Matrix3D(n, n, n) {}
|
||||
Matrix3D(const Matrix3D& other) = default;
|
||||
Matrix3D(Matrix3D&& other) = default;
|
||||
~Matrix3D() = default;
|
||||
|
||||
// assignment operators
|
||||
Matrix3D& operator=(const Matrix3D& other) = default;
|
||||
Matrix3D& operator=(Matrix3D&& other) = default;
|
||||
|
||||
// element access
|
||||
double& operator()(int i, int j, int k) { return data_[i][j][k]; }
|
||||
const double& operator()(int i, int j, int k) const { return data_[i][j][k]; }
|
||||
|
||||
// getter functions for the dimensions
|
||||
int dim1() const { return l_; }
|
||||
int dim2() const { return m_; }
|
||||
int dim3() const { return n_; }
|
||||
|
||||
// comparison operators
|
||||
bool operator==(const Matrix3D& b) { return (data_ == b.data_); }
|
||||
bool operator!=(const Matrix3D& b) { return (data_ != b.data_); }
|
||||
|
||||
// addition
|
||||
Matrix3D& operator+=(const Matrix3D& b) {
|
||||
for (int i = 0; i < l_; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < m_; ++j) {
|
||||
for (int k = 0; k < n_; ++k) {
|
||||
operator()(i, j, k) += b(i, j, k);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return *this;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// substraction
|
||||
Matrix3D& operator-=(const Matrix3D& b) {
|
||||
for (int i = 0; i < l_; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < m_; ++j) {
|
||||
for (int k = 0; k < n_; ++k) {
|
||||
operator()(i, j, k) -= b(i, j, k);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return *this;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// scalar multiplication
|
||||
Matrix3D& operator*=(double x) {
|
||||
for (int i = 0; i < l_; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < m_; ++j) {
|
||||
for (int k = 0; k < n_; ++k) {
|
||||
operator()(i, j, k) *= x;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return *this;
|
||||
}
|
||||
|
||||
// scalar division
|
||||
Matrix3D& operator/=(double x) {
|
||||
for (int i = 0; i < l_; ++i) {
|
||||
for (int j = 0; j < m_; ++j) {
|
||||
for (int k = 0; k < n_; ++k) {
|
||||
operator()(i, j, k) /= x;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return *this;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private:
|
||||
int l_; // first dimension
|
||||
int m_; // second dimension
|
||||
int n_; // third dimension
|
||||
std::vector<std::vector<std::vector<double>>> data_; // the tensors' entries
|
||||
};
|
||||
|
||||
#endif // MATRIX_H
|
||||
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