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[算法学习]JAVA高精度线性方程组(高斯消元)

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  • TA的每日心情
    开心
    2021-3-12 23:18
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]初来乍到

    发表于 2014-12-2 00:06:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
    1. import java.util.*;
    2. import java.math.*;
    3. class fraction{//分数类
    4.     BigInteger a, b;//a/b,b>0;
    5.     fraction(){//构造函数1
    6.         a = new BigInteger("0");
    7.         b = new BigInteger("1");
    8.     }
    9.     fraction(BigInteger val){//构造函数2
    10.         a = new BigInteger(val.toString());
    11.         b = new BigInteger("1");
    12.     }
    13.     fraction(String a){
    14.       this.a=new BigInteger(a);
    15.        this.b=new BigInteger("1");
    16.     }
    17.    
    18.     fraction( BigInteger a0, BigInteger b0){//构造函数3
    19.         this.a = a0; this.b = b0;
    20.         this.reduction();
    21.     }
    22.     fraction(String a,String b){
    23.        this.a=new BigInteger(a);
    24.        this.b=new BigInteger(b);
    25.        this.reduction();
    26.     }
    27.     fraction( fraction other){
    28.         this.a=new BigInteger(other.a.toString());
    29.         this.b=new BigInteger(other.b.toString());
    30.     }
    31.     void reduction(){//化简
    32.         BigInteger tmp = a.gcd( b );//其值是 abs(a) 和 abs(b) 的最大公约数。
    33.         a = a.divide( tmp );
    34.         b = b.divide( tmp );
    35.         if( b.compareTo( BigInteger.ZERO ) == - 1 )
    36.         {
    37.             b = b.multiply( BigInteger.valueOf( -1 ));
    38.             a = a.multiply( BigInteger.valueOf( -1 ));
    39.         }
    40.     }
    41.     fraction add( fraction t ){//加一个
    42.         fraction tmp = new fraction( a.multiply( t.b ).add( b.multiply( t.a )) , b.multiply(t.b) );
    43.         tmp.reduction();
    44.         return tmp;
    45.     }
    46.     fraction sub( fraction t ){//减
    47.         fraction tmp = new fraction( a.multiply( t.b ).subtract( b.multiply( t.a )) , b.multiply(t.b) );
    48.         tmp.reduction();
    49.         return tmp;
    50.     }
    51.     fraction mult( fraction t){//乘
    52.         fraction tmp = new fraction( a.multiply( t.a ), b.multiply( t.b ));
    53.         tmp.reduction();
    54.         return tmp;
    55.     }
    56.     fraction div( fraction t){//除
    57.         fraction tmp = new fraction( a.multiply( t.b ), b.multiply( t.a ));
    58.         tmp.reduction();
    59.         return tmp;
    60.     }
    61.     fraction abs(){
    62.         fraction tmp=new fraction(this);
    63.         tmp.a=tmp.a.abs();
    64.         return tmp;
    65.     }
    66.     void show(){
    67.         this.reduction();
    68.         if( b.compareTo( BigInteger.ONE ) == 0 )
    69.             System.out.println(a);
    70.         else
    71.             System.out.println(a+"/"+b);
    72.     }
    73.    
    74.     boolean Biger( fraction p )
    75.     {
    76.         return this.sub(p).a.compareTo(BigInteger.ZERO)==1;
    77.     }
    78.     int zero()
    79.     {
    80.         this.reduction();
    81.         return this.a.compareTo(BigInteger.ZERO);
    82.     }
    83. }
    84. public class Main
    85. {
    86.      public static void main(String args[]){
    87.       /*2x1+2x2-x3=6
    88.        * x1-2x2+4x3=4
    89.        *5x1+7x2+x3=28
    90.        */
    91.        fraction a[][]={{ new fraction("2"),new fraction("2"),new fraction("-1")},
    92.                        { new fraction("1"),new fraction("-2"),new fraction("4")},
    93.                        { new fraction("5"),new fraction("7"),new fraction("1")}};
    94.        fraction b[]={new fraction("6"),new fraction("3"),new fraction("28")};
    95.        gauss_cpivot(3,a,b);
    96.        for(int i=0;i< 3;i++){
    97.             b[i].show();
    98.        }
    99.   
    100.         
    101.      }
    102.     static boolean gauss_cpivot(int n,fraction a[][],fraction b[])
    103.     {//高斯消元法解方程组,有唯一解返回true,结果放在b[]中,否则返回false
    104.         int i,j,k,row=0;
    105.         for(k=0;k< n;++k)
    106.         {
    107.             fraction maxp=new fraction();
    108.             for(i=k;i< n;++i)
    109.                 if(a[i][k].abs().Biger(maxp.abs()))
    110.                 {
    111.                     row=i;
    112.                     maxp=new fraction(a[i][k]);
    113.                 }
    114.             if(maxp.abs().zero()==0)return false;
    115.             if(row!=k)
    116.             {
    117.                 for(j=k;j< n;++j)
    118.                 {
    119.                     fraction t=new fraction(a[k][j]);
    120.                     a[k][j]=a[row][j];
    121.                     a[row][j]=t;
    122.                 }
    123.                 fraction t=new fraction(b[k]);
    124.                 b[k]=b[row];
    125.                 b[row]=t;   
    126.             }
    127.             for(j=k+1;j< n;++j)
    128.             {
    129.                 a[k][j]=a[k][j].div(maxp);
    130.                 for(i=k+1;i< n;++i)
    131.                     a[i][j]=a[i][j].sub(a[i][k].mult(a[k][j]));
    132.             }
    133.             b[k]=b[k].div(maxp);
    134.             for(i=k+1;i< n;++i)
    135.                 b[i]=b[i].sub(b[k].mult(a[i][k]));
    136.         
    137.         }
    138.         for(i=n-1;i>=0;--i)
    139.             for(j=i+1;j< n;++j)
    140.                 b[i]=b[i].sub(b[j].mult(a[i][j]));
    141.         return true;
    142.     }
    143.    
    144. }
    复制代码
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