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C++稀疏数组实现

2023-07-05 13:52:32 深夜i -- --

C++ 稀疏数组实现

C++是一种通用编程语言，已被广泛应用于各类计算机系统和应用程序的开发。其中，C++稀疏数组实现是一种特殊的数据结构，可以用于存储大型矩阵中的空值，简化代码的实现过程，提高程序运行效率。

一、C++稀疏数组实现的基本原理

稀疏矩阵（Sparse Matrix）是指其中大多数元素为0的矩阵，相反的，如果矩阵中非零元素的数量占据矩阵的很大比例，则称此矩阵为密矩阵。C++稀疏数组实现的基本原理就是将矩阵中的零元素不进行存储或者使用特定的方式来存储，从而节约空间。主要思路是用三元组或链表表示矩阵中的非零元素，同时保存矩阵的维度，这样我们就可以不必存储那些零元素。

二、C++稀疏数组实现的方法

1. 三元组存储法

三元组存储法是一种比较常用的存储方法。它将矩阵元素按照其行、列、值等信息进行存储，在计算机中以三个一维数组表示，分别存储这个元素的行下标，列下标和值。举个例子，对于一个3x3的矩阵

0 1 0

1 0 2

0 3 0

我们可以表示为(3,3,3)，即矩阵的行和列的总数都是3，矩阵中有3个非零元素，它们的行下标和列下标及元素值分别为(i,j,value) = ( 1, 2, 1), ( 2, 1, 1)和( 2, 3, 2)。

2. 十字链表存储法

十字链表存储法也是一种常用的存储方法，在三元组存储法的基础上进一步优化。十字链表存储法将行、列信息进行分别存储，并将相同行的元素和相同列的元素组合在一起，形成一个双向链表结构。这样，我们可以在不遍历矩阵的全部元素的情况下，快速得到某一行或者某一列中的所有非零元素，并且可以减少矩阵中的空间浪费。

三、C++稀疏数组的实现过程

1. 三元组存储法的实现过程

// sparse matrix in three-tuple form

typedef struct

int row; // the number of matrix rows

int column; // the number of matrix columns

int value; // the number of non-zero values

Matrix;

typedef struct

int row;

int column;

int value;

Element;

int main () {

Matrix mat = {3, 3, /*3*/};

Element *el;

el = (Element*) malloc(mat.value * sizeof(Element));

el[0].row = 1; el[0].column = 2; el[0].value = 1;

el[1].row = 2; el[1].column = 1; el[1].value = 1;

el[2].row = 2; el[2].column = 3; el[2].value = 2;

// ..

return 0;

}

2. 十字链表存储法的实现过程

// sparse matrix in cross-linked form

typedef struct Node {

int row;

int column;

int value;

struct Node *right; // point to the next element in the same row

struct Node *down; // point to the next element in the same column

} Node;

typedef struct {

int row_head[3]; // the indices of first element in each row

int column_head[3]; // the indices of first element in each column

Node *matrix; // the head node of the linked matrix

} Matrix;

int main ()

{

Matrix mat = {

0, // row_head

0, // column_head

NULL // matrix

};

Node *el;

el = (Node*) malloc(3 * sizeof(Node));

el[0].row = 1; el[0].column = 2; el[0].value = 1;

el[1].row = 2; el[1].column = 1; el[1].value = 1;

el[2].row = 2; el[2].column = 3; el[2].value = 2;

// ..

return 0;

}

四、总结

C++稀疏数组实现是一种高效的数据结构，在存储空间和时间上都有优势。它可以采用三元组存储法或者十字链表存储法实现，具体实现可根据实际应用场景选择。此外，在使用C++稀疏数组实现时，也要注意设计好程序框架和数据类型，以便在提升程序运行效率的同时保证程序的正确性和稳定性。

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