java矩阵连乘代码矩阵乘法java代码

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墨染青丝 2024-05-28 12:15:34

文章标签 java矩阵连乘代码矩阵 java 游戏 List 文章分类 Java 后端开发

作者：学Java的冬瓜

文章目录

一、矩阵乘法：三层循环实现

1、题目
2、核心代码
3、实现代码

二、卡牌游戏：顺序表实现

1、创建牌对象
2、核心代码
3、TestPokers类的main函数
4、结果演示

三、杨辉三角：二维集合实现

1、直角三角形版

1.1、核心代码
1.2、测试和打印
1.3、结果演示

2、等腰三角形版

一、矩阵乘法：三层循环实现

链接：pta.实现矩阵乘法

1、题目

1、定义Matrix(矩阵)类，要求如下：
a) 静态变量：static Scanner reader=new Scanner(System.in)；b) 变量：row(行数)，column(列数)，matrix(int型二维数组)；c) 根据需求定义构造方法；d) 方法：
 1) inputMatrix方法：从键盘读入行数和列数，创建矩阵的二维数组，然后从键盘读入矩阵的元素值；
 2) multiply方法：两个矩阵相乘，方法将返积矩阵；
 3) display方法：将矩阵输出到屏幕
 
2、编写Main类，测试Matrix类:
从键盘读入行数、列数和元素值，分别构建2个Matrix对象，将2个Matrix对象相乘，并将乘积矩阵输出到屏幕上。

输入样例：

输出样例：

28 14
79 44

2、核心代码

功能：实现两个矩阵相乘，并返回相乘后的矩阵。

public static int[][] multiply(int[][] a,int row1,int column1, int[][] b,int row2,int column2) {
    //根据矩阵相乘的性质：行由第一个矩阵控制，列由第二个矩阵控制
    //创建返回相乘结果的矩阵
    int[][] ret = new int[row1][column2];
    
    //控制ret数组的列，column2可由b[0].length代替
    for (int j = 0; j < column2; j++) { 
        //控制ret数组的行，也是第一个数组的行。row1可由a.length代替
        for (int i = 0; i < row1; i++) { 
            int sum = 0; 
            
            //第一个数组的列，一维数组从前往后访问，对应数据相乘，再累加，结果就是数组ret的i行j列的元素
            for (int k = 0; k < column1; k++) { 
                sum += a[i][k] * b[k][j];
            }
            ret[i][j] = sum;
        }
    }
    return ret;
}

分析：

最外层循环j是控制ret数组的列
中间层循环i是控制ret数组的行和a数组的行
最内层循环k是控制a数组从左到右访问，ret数组从上到下访问

所以可以分析到计算顺序是：

从j到i分析：先计算ret数组第一列每一行数据，再算下一列的
从i到k分析：a数组的第i行分别与b的第一行数据对应相乘，再相加
k分析：控制a的一维数组的数据从左到右，b的数组的数据从上到下访问

3、实现代码

import java.util.Scanner; //导入Scanner这个类，才能创建对象进行键盘输入

//定义矩阵类
class Matrix {
    int row;
    int column;
    int[][] matrix;
    //构造方法，创建矩阵对象
    public Matrix(int row, int column) {
        this.row = row;
        this.column = column;
        this.matrix = new int[row][column];
    }
    //向两个对象的矩阵中输入数据
    public void inputMatrix(int i, int j, int input) {
        matrix[i][j] = input;
    }
    //矩阵相乘，返回结果矩阵
    //设置为static，使用该方法直接用类名调用
    public static int[][] multiply(int[][] a,int row1,int column1, int[][] b,int row2,int column2) {
        int[][] ret = new int[row1][column2];

        for (int j = 0; j < column2; j++) {
            for (int i = 0; i < row1; i++) {
                int sum = 0;
                for (int k = 0; k < column1; k++) {
                    sum += a[i][k] * b[k][j];
                }
                ret[i][j] = sum;
            }
        }
        return ret;
    }
    //打印
    //设置为static，使用该方法直接用类名调用
    public static void display(int[][] matrix) {
        for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
            for (int j = 0; j < matrix[0].length; j++) {
                System.out.print(matrix[i][j]+" ");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

//Main函数测试
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        //创建对象
        //m1
        int row1 = scanner.nextInt();
        int column1 = scanner.nextInt();
        Matrix matrix1 = new Matrix(row1,column1);
        for(int i=0; i<row1; i++) {
            for(int j=0; j<column1; j++) {
                int input = scanner.nextInt();
                matrix1.inputMatrix(i,j,input);
            }
        }

        //m2
        int row2 = scanner.nextInt();
        int column2 = scanner.nextInt();
        Matrix matrix2 = new Matrix(row2,column2);
        for(int i=0; i<row2; i++) {
            for(int j=0; j<column2; j++) {
                int input = scanner.nextInt();
                matrix2.inputMatrix(i,j,input);
            }
        }

        //乘积
        int[][] ret =  Matrix.multiply(matrix1.matrix,row1,column1, matrix2.matrix,row2,column2);
        Matrix.display(ret);

    }
}

二、卡牌游戏：顺序表实现

1、创建牌对象

public class Poker {
    //1、每张牌的属性
    private String suit; //代表每张牌的花色
    private int rank;  //代表每张牌的大小
    
    //2、构造方法创建牌的同时初始化对象
    public Poker(String suit, int rank) {
        this.suit = suit;
        this.rank = rank;
    }
    //3、重写toString方法便于打印
    @Override
    public String toString() {
        return suit+" "+rank;
    }
}

2、核心代码

功能：核心代码三个功能都可以放在Pokers类里面。

买一副牌
洗牌
发牌

买一副牌：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;

public class Pokers {
	public static final String[] SUITS = {"♥","♦","♠","♣"};
    // 一、获取一副牌
    public static List<Poker> buyPokers() {
        List<Poker> pokerList = new ArrayList<>();
        // 1、i是SUITS的下标，从0到3表示牌的花色
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            // 2、j从1到13表示，1到13的牌
            for (int j = 1; j <= 13; j++) {
                String suit = SUITS[i];
                // 3、得到花色和牌的大小，创建每一张牌
                Poker poker = new Poker(suit,j);

                // 4、把每一张牌放进这一副牌中
                pokerList.add(poker);
            }
        }
        return pokerList;
    }

洗牌：

// 2、洗牌
    public static void shuffle(List<Poker> pokerList) {
        // 1、生成随机数
        Random random = new Random();
        
        // 2、从大到小取出牌，再和随机下标的牌交换
        for (int i = pokerList.size()-1; i > 0; i--) { //要求i的范围大于0，否则i=0时，random里面i=0会出错
            // 3、random里的i表示，随机数生成范围是0~i-1，不包括自己i位置，因为和自己交换没意义
            int j = random.nextInt(i);
            // 4、交换函数
            swap(pokerList,i,j);
        }
    }
    
    //交换函数，用private的目的是：达到封装的效果
    private static void swap(List<Poker> pokerList, int i, int j){
        Poker tmp = pokerList.get(i);
        pokerList.set(i,pokerList.get(j));
        pokerList.set(j,tmp);
    }

发牌：

public static List<List<Poker>> givePokers(List<Poker> pokerList) {
        //发牌
        // 1、手中的牌定义一个二维集合
        List<List<Poker>> hands = new ArrayList<>();
        List<Poker> hand1 = new ArrayList<>();
        List<Poker> hand2 = new ArrayList<>();
        List<Poker> hand3 = new ArrayList<>();
        List<Poker> hand4 = new ArrayList<>();
        hands.add(hand1);
        hands.add(hand2);
        hands.add(hand3);
        hands.add(hand4);


        for (int i = 1; i <= 12; i++) { // 每个人发到十张牌
            for (int j = 0; j < 4; j++) {  // 有四个人
                // 2、每次发牌从pokerList这副牌中取走第一张
                Poker remove = pokerList.remove(0);

                // 3、将取走的牌一人一张的发，然后一张一张地存入二维集合，发够10次
                hands.get(j).add(remove); //每次j=0，代表发的是第一个人的牌
            }
        }
        return hands;
    }
}

3、TestPokers类的main函数

import java.util.List;

public class TestPoker {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("买一副牌：");
        List<Poker> pokerList = Pokers.buyPokers(); //如果同一个类中可以直接用static方法，不需要类名调用
        System.out.println(pokerList);
        System.out.println("=================================");

        System.out.println("洗牌：");
        Pokers.shuffle(pokerList);
        System.out.println(pokerList);
        System.out.println("=================================");

        System.out.println("发牌：");
        System.out.println("手中的牌：");
        List<List<Poker>> hands = Pokers.givePokers(pokerList);
        for (int i = 0; i < hands.size(); i++) {
            System.out.println("第"+(i+1)+"个人的牌："+hands.get(i));
        }
        System.out.println("剩下的牌：");
        System.out.println(pokerList);

    }

}

4、结果演示

买一副牌：
[♥ 1, ♥ 2, ♥ 3, ♥ 4, ♥ 5, ♥ 6, ♥ 7, ♥ 8, ♥ 9, ♥ 10, ♥ 11, ♥ 12, ♥ 13, ♦ 1, ♦ 2, ♦ 3, ♦ 4, ♦ 5, ♦ 6, ♦ 7, ♦ 8, ♦ 9, ♦ 10, ♦ 11, ♦ 12, ♦ 13, ♠ 1, ♠ 2, ♠ 3, ♠ 4, ♠ 5, ♠ 6, ♠ 7, ♠ 8, ♠ 9, ♠ 10, ♠ 11, ♠ 12, ♠ 13, ♣ 1, ♣ 2, ♣ 3, ♣ 4, ♣ 5, ♣ 6, ♣ 7, ♣ 8, ♣ 9, ♣ 10, ♣ 11, ♣ 12, ♣ 13]
=================================
洗牌：
[♣ 11, ♠ 7, ♥ 11, ♠ 9, ♦ 7, ♦ 1, ♣ 10, ♣ 8, ♥ 10, ♥ 8, ♠ 8, ♣ 13, ♣ 7, ♠ 13, ♣ 5, ♦ 6, ♦ 9, ♠ 11, ♣ 4, ♠ 3, ♠ 5, ♥ 1, ♦ 2, ♥ 12, ♣ 6, ♥ 13, ♥ 3, ♦ 11, ♥ 2, ♣ 1, ♣ 12, ♣ 2, ♣ 9, ♠ 10, ♥ 5, ♦ 8, ♥ 4, ♦ 3, ♦ 10, ♠ 1, ♥ 6, ♦ 4, ♠ 2, ♦ 5, ♠ 6, ♣ 3, ♠ 4, ♥ 7, ♠ 12, ♥ 9, ♦ 12, ♦ 13]
=================================
发牌：
手中的牌：
第1个人的牌：[♣ 11, ♦ 7, ♥ 10, ♣ 7, ♦ 9, ♠ 5, ♣ 6, ♥ 2, ♣ 9, ♥ 4, ♥ 6, ♠ 6]
第2个人的牌：[♠ 7, ♦ 1, ♥ 8, ♠ 13, ♠ 11, ♥ 1, ♥ 13, ♣ 1, ♠ 10, ♦ 3, ♦ 4, ♣ 3]
第3个人的牌：[♥ 11, ♣ 10, ♠ 8, ♣ 5, ♣ 4, ♦ 2, ♥ 3, ♣ 12, ♥ 5, ♦ 10, ♠ 2, ♠ 4]
第4个人的牌：[♠ 9, ♣ 8, ♣ 13, ♦ 6, ♠ 3, ♥ 12, ♦ 11, ♣ 2, ♦ 8, ♠ 1, ♦ 5, ♥ 7]
剩下的牌：
[♠ 12, ♥ 9, ♦ 12, ♦ 13]

三、杨辉三角：二维集合实现

1、直角三角形版

链接：LeetCode118.杨辉三角

1.1、核心代码

用二维集合充当二维数组：

先创建一个二维集合
再创建一个一维集合并向一维集合中放入数据
把填充好数据的一维集合添加到二维集合里

public static List<List<Integer>> generate(int num) {
        // 1、二维集合实现二维数组，从而实现杨辉三角
        List<List<Integer>> listList = new ArrayList<>();
        // 2、先创建第一行对象并填充1,然后放入二维集合
        List<Integer> firstRow = new ArrayList<>();
        firstRow.add(1);
        listList.add(firstRow);

        // 3、第一行已经放入，从第二行开始放接下来的数据
        for (int i = 1; i < num; i++) {
            // 4、创建一维集合，最开始给1
            List<Integer> curRow = new ArrayList<>();
            curRow.add(1);
            
            // 5、中间数据是上一个行j列和上一行j-1列的元素和
            List<Integer> prevRow = listList.get(i-1);
            //注意：//设置j<i，第二行并不会进入循环，而是只添加curRow的第一个和第二个(也是最后一个)元素为1
            for (int j = 1; j < i; j++) {
                int value = prevRow.get(j)+prevRow.get(j-1);
                curRow.add(value);
            }
            
            // 6、每行最后一个元素放入1
            curRow.add(1);
            // 7、把第二行开始创建的一维集合依次放入二维集合中
            listList.add(curRow);
        }
        // 8、返回二维集合(数组的集合形式)
        return listList;
    }

1.2、测试和打印

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //随便给个值例如：6
        List<List<Integer>> listList = generate(6);
        for (int i = 0; i < listList.size(); i++) {
            List<Integer> curRow = listList.get(i);
            for (int j = 0; j < curRow.size(); j++) {
                System.out.print(curRow.get(j)+" ");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

1.3、结果演示

//num==6
1 
1 1 
1 2 1 
1 3 3 1 
1 4 6 4 1 
1 5 10 10 5 1

2、等腰三角形版

说明：可以实现，但因为要控制空格，所以找下标较为麻烦，详细可以参考我以前写的博客：

链接：

博客实现杨辉三角2.0版

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