Я знаю, что на этот вопрос дан ответ, но для любого, кому может понадобиться алгоритм, который может вычислить определитель матрицы с любыми измерениями , это то, что я придумал.
Этот класс использует множество различных методов, чтобы сделать матрицу треугольной и затем вычислить ее определитель. Может использоваться для матрицы высокого размера, например, 500 х 500 или даже больше. яркая сторона этого класса в том, что вы можете получить результат в BigDecimal , так что бесконечности нет и у вас всегда будет точный ответ . Кстати, использование множества различных методов и избежание рекурсии привели к гораздо более быстрому пути с более высокой производительностью ответа. надеюсь, это будет полезно.
import java.math.BigDecimal;
public class DeterminantCalc {
private double[][] matrix;
private int sign = 1;
DeterminantCalc(double[][] matrix) {
this.matrix = matrix;
}
public int getSign() {
return sign;
}
public BigDecimal determinant() {
BigDecimal deter;
if (isUpperTriangular() || isLowerTriangular())
deter = multiplyDiameter().multiply(BigDecimal.valueOf(sign));
else {
makeTriangular();
deter = multiplyDiameter().multiply(BigDecimal.valueOf(sign));
}
return deter;
}
/* receives a matrix and makes it triangular using allowed operations
on columns and rows
*/
public void makeTriangular() {
for (int j = 0; j < matrix.length; j++) {
sortCol(j);
for (int i = matrix.length - 1; i > j; i--) {
if (matrix[i][j] == 0)
continue;
double x = matrix[i][j];
double y = matrix[i - 1][j];
multiplyRow(i, (-y / x));
addRow(i, i - 1);
multiplyRow(i, (-x / y));
}
}
}
public boolean isUpperTriangular() {
if (matrix.length < 2)
return false;
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
for (int j = 0; j < i; j++) {
if (matrix[i][j] != 0)
return false;
}
}
return true;
}
public boolean isLowerTriangular() {
if (matrix.length < 2)
return false;
for (int j = 0; j < matrix.length; j++) {
for (int i = 0; j > i; i++) {
if (matrix[i][j] != 0)
return false;
}
}
return true;
}
public BigDecimal multiplyDiameter() {
BigDecimal result = BigDecimal.ONE;
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
for (int j = 0; j < matrix.length; j++) {
if (i == j)
result = result.multiply(BigDecimal.valueOf(matrix[i][j]));
}
}
return result;
}
// when matrix[i][j] = 0 it makes it's value non-zero
public void makeNonZero(int rowPos, int colPos) {
int len = matrix.length;
outer:
for (int i = 0; i < len; i++) {
for (int j = 0; j < len; j++) {
if (matrix[i][j] != 0) {
if (i == rowPos) { // found "!= 0" in it's own row, so cols must be added
addCol(colPos, j);
break outer;
}
if (j == colPos) { // found "!= 0" in it's own col, so rows must be added
addRow(rowPos, i);
break outer;
}
}
}
}
}
//add row1 to row2 and store in row1
public void addRow(int row1, int row2) {
for (int j = 0; j < matrix.length; j++)
matrix[row1][j] += matrix[row2][j];
}
//add col1 to col2 and store in col1
public void addCol(int col1, int col2) {
for (int i = 0; i < matrix.length; i++)
matrix[i][col1] += matrix[i][col2];
}
//multiply the whole row by num
public void multiplyRow(int row, double num) {
if (num < 0)
sign *= -1;
for (int j = 0; j < matrix.length; j++) {
matrix[row][j] *= num;
}
}
//multiply the whole column by num
public void multiplyCol(int col, double num) {
if (num < 0)
sign *= -1;
for (int i = 0; i < matrix.length; i++)
matrix[i][col] *= num;
}
// sort the cols from the biggest to the lowest value
public void sortCol(int col) {
for (int i = matrix.length - 1; i >= col; i--) {
for (int k = matrix.length - 1; k >= col; k--) {
double tmp1 = matrix[i][col];
double tmp2 = matrix[k][col];
if (Math.abs(tmp1) < Math.abs(tmp2))
replaceRow(i, k);
}
}
}
//replace row1 with row2
public void replaceRow(int row1, int row2) {
if (row1 != row2)
sign *= -1;
double[] tempRow = new double[matrix.length];
for (int j = 0; j < matrix.length; j++) {
tempRow[j] = matrix[row1][j];
matrix[row1][j] = matrix[row2][j];
matrix[row2][j] = tempRow[j];
}
}
//replace col1 with col2
public void replaceCol(int col1, int col2) {
if (col1 != col2)
sign *= -1;
System.out.printf("replace col%d with col%d, sign = %d%n", col1, col2, sign);
double[][] tempCol = new double[matrix.length][1];
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
tempCol[i][0] = matrix[i][col1];
matrix[i][col1] = matrix[i][col2];
matrix[i][col2] = tempCol[i][0];
}
}
}
И затем этот класс получает матрицу n x n от пользователя или может генерировать случайную матрицу nxn, а затем вычисляет ее определитель. Также показано решение и окончательная треугольная матрица.
import java.math.BigDecimal;
import java.security.SecureRandom;
import java.text.NumberFormat;
import java.util.Scanner;
public class DeterminantTest {
public static void main(String[] args) {
String determinant;
//generating random numbers
int len = 500;
SecureRandom random = new SecureRandom();
double[][] matrix = new double[len][len];
for (int i = 0; i < len; i++) {
for (int j = 0; j < len; j++) {
matrix[i][j] = random.nextInt(500);
System.out.printf("%15.2f", matrix[i][j]);
}
}
System.out.println();
/*double[][] matrix = {
{1, 5, 2, -2, 3, 2, 5, 1, 0, 5},
{4, 6, 0, -2, -2, 0, 1, 1, -2, 1},
{0, 5, 1, 0, 1, -5, -9, 0, 4, 1},
{2, 3, 5, -1, 2, 2, 0, 4, 5, -1},
{1, 0, 3, -1, 5, 1, 0, 2, 0, 2},
{1, 1, 0, -2, 5, 1, 2, 1, 1, 6},
{1, 0, 1, -1, 1, 1, 0, 1, 1, 1},
{1, 5, 5, 0, 3, 5, 5, 0, 0, 6},
{1, -5, 2, -2, 3, 2, 5, 1, 1, 5},
{1, 5, -2, -2, 3, 1, 5, 0, 0, 1}
};
double[][] matrix = menu();*/
DeterminantCalc deter = new DeterminantCalc(matrix);
BigDecimal det = deter.determinant();
determinant = NumberFormat.getInstance().format(det);
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
for (int j = 0; j < matrix.length; j++) {
System.out.printf("%15.2f", matrix[i][j]);
}
System.out.println();
}
System.out.println();
System.out.printf("%s%s%n", "Determinant: ", determinant);
System.out.printf("%s%d", "sign: ", deter.getSign());
}
public static double[][] menu() {
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.print("Matrix Dimension: ");
int dim = scanner.nextInt();
double[][] inputMatrix = new double[dim][dim];
System.out.println("Set the Matrix: ");
for (int i = 0; i < dim; i++) {
System.out.printf("%5s%d%n", "row", i + 1);
for (int j = 0; j < dim; j++) {
System.out.printf("M[%d][%d] = ", i + 1, j + 1);
inputMatrix[i][j] = scanner.nextDouble();
}
System.out.println();
}
scanner.close();
return inputMatrix;
}
}