如何在C中转置矩阵？-错误

Question

我正在尝试编写一个函数来转置矩阵。

该函数的参数：

• 要转置的矩阵

• 输出矩阵为空。

问题是我能够转置一些矩阵，但另一些失败，就像我在示例中给出的那样。为什么？我该怎么解决？

码：

int main (void)
{

//this works well
/*  double array[3][2] = {{1,2},{3,4},{5,6}};
    height = 3;
    width = 2;
*/
//this input doesn't work

    double array[2][3] = {{1,2,3},{4,5,6}};
    height = 2;
    width = 3;


int heightOutput =  width; //2
int widthOutput = height; //3

    double **output;

    output = malloc(widthOutput * sizeof(double *)); //rows from 1
    for (i = 0; i < widthOutput; i++)
    {
        output[i] = malloc(heightOutput * sizeof(double)); //columns
    }

    transposeMatrix(&array[0][0], height,width, &output[0][0], heightOutput, widthOutput);

            printf("\n");
            printf("\noutput matrix\n");
    for(i=0;i<heightOutput;i++)
    {
        for(j=0;j<widthOutput;j++)
        {
            printf("%f\t",output[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}



void transposeMatrix(double* array2, int height, int width, double * output, int height2, int width2)
{


    double workaround[3][3] ={0};
    double result;
    int i,j;

printf("input matrix:\n");


for(i=0;i<height;i++)
    {
        for(j=0;j<width;j++)
        {
                printf("%f\t",(*((array2+i*width)+j)));

        }
        printf("\n");
    }


        printf("\n");
    for(i=0;i<width2;i++)
    {
        for(j=0;j<height2;j++)
        {
            result = (*((array2+i*width)+j));
            workaround[i][j] = result;
        }
    }


    for(i=0;i<width2;i++)
    {
        for(j=0;j<height2;j++)
        {
            *((output+j*3)+i) = workaround[i][j];
            printf("%f\t",(*((output+j*3)+i)));
        }
        printf("\n");
    }


}

Answer 1

主要问题是您对矩阵的大小感到困惑。

1. 当您填充workaround矩阵时，您的循环应该像这样，因为原始矩阵的大小是 ( heightx width)。

   for(i=0;i<width;i++)
   {
       for(j=0;j<height;j++)
       {
           result = (*((array2+i*width)+j));
           workaround[i][j] = result;
       }
   }
   

2. 转置矩阵时

   for(i=0;i<height2;i++)
   {
       for(j=0;j<width2;j++)
       {
          *((output+i*width2)+j) = workaround[j][i];
          printf("%f\t",(*((output+i*width2)+j)));
       }
   }
   

3. 在内存分配中你也得到了错误的大小，它应该是

   output = malloc(heightOutput * sizeof(double *)); //rows from 1
   for (i = 0; i < heightOutput; i++)
   {
       output[i] = malloc(widthOutput * sizeof(double)); //columns
   }
   

   通过此更改，您的程序将正常运行，但输出仍然会错误

   input matrix:                                                                                                                                                                    
   1.000000        2.000000        3.000000                                                                                                                                         
   4.000000        5.000000        6.000000                                                                                                                                         
   
   1.000000        2.000000        3.000000                                                                                                                                         
   4.000000        5.000000        6.000000                                                                                                                                         
   
   
   output matrix                                                                                                                                                                    
   1.000000        4.000000                                                                                                                                                         
   5.000000        0.000000                                                                                                                                                         
   0.000000        0.000000  
   

4. 最后一个问题是参数传递。您动态分配内存，首先指向行的指针

   output = malloc(heightOutput * sizeof(double *)); //rows from 1
   

   这样你就得到了指针数组

   * -> NULL
   * -> NULL
   * -> NULL
   

   并通过循环为它们分配值

   for (i = 0; i < heightOutput; i++)
   {
       output[i] = malloc(widthOutput * sizeof(double)); //columns
   }
   
   * -> [e00, e01]
   * -> [e10, e11]
   * -> [e20, e21]
   

   但不能保证它们会被依次分配，您仍然可以output像线性分配的数据一样进行操作。要正确处理此问题，您需要传递双指针。

   void transposeMatrix(double* array2, int height, int width, double ** output, int height2, int width2)
   {
       ...
       for(i=0;i<width2;i++)
       {
           for(j=0;j<height2;j++)
           {
               output[j][i] = workaround[i][j];
               printf("%f\t",output[j][i]);
           }
           printf("\n");
       }
   }
   

   如果你想线性分配内存，请执行以下操作

   output = malloc(heightOutput * widthOutput * sizeof(double));
   

但对我来说，这一切看起来都有点复杂，简单来说就是

void transposeMatrix(double* src, double* dst, int n, int m)
{
    int i, j;
    for(i = 0; i < n; ++i)
        for(j = 0; j < m; ++j)
            dst[j * n + i] = src[i * m + j];
}

int main(void)
{
    double array[2][3] = {{1,2,3},{4,5,6}};
    int height = 2;
    int width = 3;
    int i, j;

    double *output = malloc(height * width * sizeof(double));

    printf("input matrix\n");
    for(i=0;i<height;i++)
    {
        for(j=0;j<width;j++)
        {
            printf("%f\t",array[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    transposeMatrix(&array[0][0], output, height,width);

    printf("output matrix\n");
    for(i=0;i<width;i++)
    {
        for(j=0;j<height;j++)
        {
            printf("%f\t",output[i*height + j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

编辑： 回答你的评论：假设我们有矩阵 4 * 5

| a00 a01 a02 a03 a04 |
| a10 a11 a12 a13 a14 |
| a20 a21 a22 a23 a24 |
| a30 a31 a32 a33 a34 |

在分配的内存中

// n = 4, m = 5
double* A = malloc(n * m * sizeof(double));

它看起来像

| a00 a01 a02 a03 a04 a10 a11 a12 a13 a14 a20 a21 a22 a23 a24 a30 a31 a32 a33 a34 |

因此，要获取元素（2, 3），我们需要跳过 2 * 5 个元素（每行 5 个元素，两行）和从第三行开头开始的 3 个元素，因此 - 数组中要跳过 13 个元素。为了概括矩阵 m * n 以获得 (i, j) 元素，我们需要跳过数组中的 (i * m) + j 元素。