C#，码海拾贝（26）——求解“一般带状线性方程组”之C#源代码

 

在大型稀疏方程组中，最常见的是带状方程组，其系数矩阵是带状矩阵，非零元素仅集中在对角线附近的带状区域内。

特别的，当上下带宽相等时我们A称方程组为等带宽方程组。总带宽为3的等带宽方程组我们又叫三对角方程组。

using System;

namespace Zhou.CSharp.Algorithm
{
    ///

    /// 求解线性方程组的类 LEquations
    /// 原作 周长发
    /// 改编 深度混淆
    ///

    public static partial class LEquations
    {

        ///

        /// 一般带型方程组的求解
        ///

        /// 指定的系数矩阵
        /// 指定的常数矩阵
        /// 带宽
        /// Matrix对象，返回方程组解矩阵
        /// bool 型，方程组求解是否成功
        public static bool GetRootsetBand(Matrix mtxLECoef, Matrix mtxLEConst, int nBandWidth, Matrix mtxResult)
        {
            int r, k, i, j, nis = 0, u, v;
            double p, t;

            // 带宽必须为奇数
            if ((nBandWidth - 1) % 2 != 0)
            {
                return false;
            }

            // 将常数矩阵赋给解矩阵
            mtxResult.SetValue(mtxLEConst);
            double[] pDataConst = mtxResult.GetData();

            // 方程组属性
            int n = mtxLECoef.GetNumColumns();
            int m = mtxLEConst.GetNumColumns();
            if (mtxLECoef.GetNumRows() != n)
            {
                return false;
            }

            // 带宽数组：带型矩阵的有效数据
            double[] pBandData = new double[nBandWidth * n];

            // 半带宽
            r = (nBandWidth - 1) / 2;

            // 构造带宽数组
            for (i = 0; i < n; ++i)
            {
                j = 0;
                for (k = Math.Max(0, i - r); k < Math.Max(0, i - r) + nBandWidth; ++k)
                {
                    if (k < n)
                    {
                        pBandData[i * nBandWidth + j++] = mtxLECoef.GetElement(i, k);
                    }
                    else
                    {
                        pBandData[i * nBandWidth + j++] = 0;
                    }
                }
            }

            // 求解
            for (k = 0; k <= n - 2; k++)
            {
                p = 0.0;
                for (i = k; i <= r; i++)
                {
                    t = Math.Abs(pBandData[i * nBandWidth]);
                    if (t > p)
                    {
                        p = t;
                        nis = i;
                    }
                }

                if (Math.Abs(p) < float.Epsilon)//  p == 0.0)
                {
                    return false;
                }

                for (j = 0; j <= m - 1; j++)
                {
                    u = k * m + j;
                    v = nis * m + j;
                    t = pDataConst[u];
                    pDataConst[u] = pDataConst[v];
                    pDataConst[v] = t;
                }

                for (j = 0; j <= nBandWidth - 1; j++)
                {
                    u = k * nBandWidth + j;
                    v = nis * nBandWidth + j;
                    t = pBandData[u];
                    pBandData[u] = pBandData[v];
                    pBandData[v] = t;
                }

                for (j = 0; j <= m - 1; j++)
                {
                    u = k * m + j;
                    pDataConst[u] = pDataConst[u] / pBandData[k * nBandWidth];
                }

                for (j = 1; j <= nBandWidth - 1; j++)
                {
                    u = k * nBandWidth + j;
                    pBandData[u] = pBandData[u] / pBandData[k * nBandWidth];
                }

                for (i = k + 1; i <= r; i++)
                {
                    t = pBandData[i * nBandWidth];
                    for (j = 0; j <= m - 1; j++)
                    {
                        u = i * m + j;
                        v = k * m + j;
                        pDataConst[u] = pDataConst[u] - t * pDataConst[v];
                    }

                    for (j = 1; j <= nBandWidth - 1; j++)
                    {
                        u = i * nBandWidth + j;
                        v = k * nBandWidth + j;
                        pBandData[u - 1] = pBandData[u] - t * pBandData[v];
                    }

                    u = i * nBandWidth + nBandWidth - 1; pBandData[u] = 0.0;
                }

                if (r != (n - 1))
                {
                    r = r + 1;
                }
            }

            p = pBandData[(n - 1) * nBandWidth];
            if (Math.Abs(p) < float.Epsilon)//  p == 0.0)
            {
                return false;
            }

            for (j = 0; j <= m - 1; j++)
            {
                u = (n - 1) * m + j;
                pDataConst[u] = pDataConst[u] / p;
            }

            r = 1;
            for (i = n - 2; i >= 0; i--)
            {
                for (k = 0; k <= m - 1; k++)
                {
                    u = i * m + k;
                    for (j = 1; j <= r; j++)
                    {
                        v = i * nBandWidth + j;
                        nis = (i + j) * m + k;
                        pDataConst[u] = pDataConst[u] - pBandData[v] * pDataConst[nis];
                    }
                }

                if (r != (nBandWidth - 1))
                {
                    r = r + 1;
                }
            }

            return true;
        }
 

    }
}