面向对象程序设计课程设计报告.docx

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面向对象程序设计课程设计报告

面向对象程序设计课程设计报告

第一章需求分析

1.1引言

当我们在学线性代数的时候，都需要学习矩阵的相关内容，在学习的时候，当然离不开矩阵的相关计算，例如求矩阵的加、减、乘、运算，判断两个矩阵是否相等，求矩阵的行列式以及矩阵的逆等等。

要知道其结果，往往要花比较多的时间去计算，因此，设计一个能完成这些计算的程序是很有必要的。

它可以帮助我们便捷、快速地完成计算，节约我们宝贵的时间。

1.2任务概述

（A）使用C++设计矩阵类及相应的测试主程序。

该矩阵类可进行基本的统计计算，矩阵类的每一行为一向量，基本统计计算针对该向量进行。

矩阵生成可如1方式实现，也可以从磁盘文件中读入。

矩阵的行、列数有默认值，也可通过类成员函数设置更改；如从磁盘文件读入，该磁盘文件名及其存储路径有默认值，也可通过类成员函数设置更改；矩阵类有加、减、乘、判断相等的运算成员函数；基本统计计算包括求均值、协方差；基本统计计算结果在该类对象退出作用域时可自动存入磁盘文件，该磁盘文件名及其存储路径有默认值，也可通过类成员函数设置更改。

（B）在按上述要求实现的C++类中添加可求协方差矩阵对应的行列式值和求矩阵（方阵）逆的类成员，更改测试主程序对此加以验证

要求：

（1）提交类声明头文件、类实现文件和测试程序文件3个源代码文件；

（2）2014年6月27日前完成并提交。

1.3数据描述

该程序包含一下信息：

1）、声明一个矩阵类

2）、有矩阵的输入、输出功能

3）、有完成矩阵计算个功能函数

1.4功能需求

根据要求设计一个矩阵类及相应的测试主程序，该矩阵类可进行基本的统计计算，矩阵类有加、减、乘、判断相等的运算成员函数，可求协方差矩阵对应的行列式值和求矩阵（方阵）逆的类成员。

1.5运行需求

应用VisualC++,VisualC++6.0不仅仅是一个C++编译器，而且是一个基于Windows操作系统的是集成开发环境，这种环境开发出来的软件稳定性好、可移植性强，可以编制各种的Windows应用程序。

第二章概要设计

2.1矩阵类（Matrix）设计

根据题目要求，设计矩阵类及相应的测试主程序：

矩阵类可进行基本的统计计算

详细程序代码如下：

classMatrix

{

public:

Matrix（）;//无参构造函数

friendvoidIn（Matrix&）;//设置为友元的输入函数

friendvoidOut（Matrix&）;//设置为友元的输出函数

Matrixoperator+（Matrix&）;//加法重载函数

Matrixoperator-（Matrix&）;//减法重载函数

Matrixoperator*（Matrix&）;//乘法重载函数

friendMatrixAdjunct（Matrix&,int,int）;//设置成友元的求代数余子式

frienddoubleDet（Matrix&）;//设置成友元的递归求行列式

friendMatrixInv（Matrix&）;//设置成友元的求矩阵的逆

private:

intm,n;//矩阵的行数和列数

Datatype*p;//矩阵的基址

};

2.2输入、输出显示矩阵模块设计

主要功能是检验从键盘输入矩阵的保存及输出显示该矩阵。

再对系统进行加、减、乘等一系列操作。

程序代码如下：

voidIn（Matrix&a）//输入函数

{

cout<<"请输入行、列数";

cin>>a.m>>a.n;inti,j;

a.p=newDatatype[a.m*a.n];

Datatype*q;

cout<<"请按行优先输入矩阵"<

for（j=0;j

for（q=a.p+j*a.n,i=0;i

cin>>*q;

}

voidOut（Matrix&b）//输出函数

{

inti,j;

Datatype*p=b.p;

double*q;

for（i=0;i

for（q=p+i*b.n,j=0;j

cout<<*q<<'\t';

if（j==b.n-1）

cout<

}

}

测试输入、输出显示情况

2.3两个矩阵加、减、乘运算模块设计

程序代码如下：

MatrixMatrix:

:

operator+（Matrix&b）//加法重载函数

{

if（m!

=b.m||n!

=b.n）

{cout<<"\n行或列不匹配";

exit（0）;

}

Matrixc;

c.m=m;

c.n=n;

c.p=newdouble[m*n];

inti,j;

for（i=0;i

for（j=0;j

c.p[i*c.n+j]=p[i*c.n+j]+b.p[i*c.n+j];

Out（c）;

returnc;

}

MatrixMatrix:

:

operator-（Matrix&b）//减法重载函数

{

if（m!

=b.m||n!

=b.n）

{cout<<"\n行或列不匹配";

exit（0）;

}

Matrixc;

c.m=m;

c.n=n;

c.p=newdouble[m*n];

for（inti=0;i

for（intj=0;j

c.p[i*c.n+j]=p[i*c.n+j]-b.p[i*c.n+j];

Out（c）;

returnc;

}

MatrixMatrix:

:

operator*（Matrix&b）//乘法重载函数

{

Matrixc;

c.m=m;

c.n=n;

c.p=newdouble[m*n];

if（m!

=b.n）

{

cout<<"\n行列不匹配";

exit（0）;

}

inti,j,k;

for（i=0;i

for（j=0;j

for（c.p[i*b.n+j]=0,k=0;k

c.p[i*b.n+j]+=p[i*b.n+k]*b.p[k*b.n+j];

Out（c）;

returnc;

}

测试任意两个矩阵加、减、乘情况

例如，输入以下两个矩阵，

矩阵a：

矩阵b：

123147

456258

789369

其效果如下：

2.4求矩阵对应的行列式值和求矩阵（方阵）逆设计模块

程序代码如下：

MatrixAdjunct（Matrix&a,intindexm,intindexn）//求第indexm行indexn列元素的代数余子式

{

Matrixadj;

adj.m=a.m-1;

adj.n=a.n-1;

adj.p=newdouble[（a.n-1）*（a.n-1）];

for（inti=0;i

{

for（intj=0;j

{

adj.p[i*（a.n-1）+j]=a.p[i*a.n+j];

}

for（intk=indexn+1;k

{

adj.p[i*（a.n-1）+k-1]=a.p[i*a.n+k];

}

}

for（intm=indexm+1;m

{

for（intj=0;j

{

adj.p[（m-1）*（a.n-1）+j]=a.p[m*a.n+j];

}

for（intk=indexn+1;k

{

adj.p[（m-1）*（a.n-1）+k-1]=a.p[m*a.n+k];

}

}

returnadj;

}

doubleDet（Matrix&a）//递归求行列式

{

doubledet=0;

if（a.m!

=a.n）

{

cout<<"不是方阵，没有行列式!

"<

cout<<"求行列式退出"<

}

if（a.n==1）

{

det=a.p[0];

returndet;

}

else

{

for（inti=0;i

{

if（i%2==0）

det+=a.p[i*a.n]*Det（Adjunct（a,i,0））;

else

det-=a.p[i*a.n]*Det（Adjunct（a,i,0））;

}

}

returndet;

}

MatrixInv（Matrix&a）//求矩阵的逆

{

Matrixtemp;

temp.m=a.n;

temp.n=a.m;

temp.p=newdouble[a.m*a.n];

doubledet=Det（a）;//矩阵的逆=伴随矩阵/行列式

if（det==0）//如果行列式的值为0，则没有逆

{

cout<<"此矩阵没有逆!

"<

cout<<"求矩阵逆退出!

";

exit（0）;

}

for（inti=0;i

{

for（intj=0;j

{

if（（i+j）%2==0）

temp.p[i*temp.m+j]=Det（Adjunct（a,i,j））/det;

else

temp.p[i*temp.m+j]=-Det（Adjunct（a,i,j））/det;

}

}

returntemp;

}

求矩阵对应的行列式值和求矩阵（方阵）逆设计模块测试情况

注意：

本程序输出的逆矩阵是先输出列的，如上图所示。

按照正常的显示是先输出行的。

上图中的a矩阵的逆矩阵应看成:

-21

1.5-0.5

附录：

程序代码

//Matrix.h文件，Matrix类的定义

#include

usingnamespacestd;

typedefdoubleDatatype;

classMatrix{

public:

Matrix（）;//无参构造函数

friendvoidIn（Matrix&）;//设置为友元的输入函数

friendvoidOut（Matrix&）;//设置为友元的输出函数

Matrixoperator+（Matrix&）;//加法重载函数

Matrixoperator-（Matrix&）;//减法重载函数

Matrixoperator*（Matrix&）;//乘法重载函数

friendMatrixchange（Matrix&）;//转置函数

friendMatrixAdjunct（Matrix&,int,int）;//设置成友元的求代数余子式

frienddoubleDet（Matrix&）;//设置成友元的递归求行列式

friendMatrixInv（Matrix&）;//设置成友元的求矩阵的逆

private:

intm,n;//矩阵的行数和列数

Datatype*p;//矩阵的基址

};

//Matrix.cpp文件，Matrix类的实现

#include"Matrix.h"

#include

usingnamespacestd;

Matrix:

:

Matrix（）{

m=0;

n=0;

}

voidIn（Matrix&a）{//输入函数

cout<<"请输入行、列数";

cin>>a.m>>a.n;inti,j;

a.p=newDatatype[a.m*a.n];

Datatype*q;

cout<<"请按行优先输入矩阵"<

for（j=0;j

for（q=a.p+j*a.n,i=0;i

cin>>*q;

}

voidOut（Matrix&b）{//输出函数

inti,j;

Datatype*p=b.p;

double*q;

for（i=0;i

for（q=p+i*b.n,j=0;j

cout<<*q<<'\t';

if（j==b.n-1）

cout<

}

}

MatrixMatrix:

:

operator+（Matrix&b）{//加法重载函数

if（m!

=b.m||n!

=b.n）

{cout<<"\n行或列不匹配";

exit（0）;

}

Matrixc;

c.m=m;

c.n=n;

c.p=newdouble[m*n];

inti,j;

for（i=0;i

for（j=0;j

c.p[i*c.n+j]=p[i*c.n+j]+b.p[i*c.n+j];

Out（c）;

returnc;

}

MatrixMatrix:

:

operator-（Matrix&b）{//减法重载函数

if（m!

=b.m||n!

=b.n）

{cout<<"\n行或列不匹配";

exit（0）;

}

Matrixc;

c.m=m;

c.n=n;

c.p=newdouble[m*n];

for（inti=0;i

for（intj=0;j

c.p[i*c.n+j]=p[i*c.n+j]-b.p[i*c.n+j];

Out（c）;

returnc;

}

MatrixMatrix:

:

operator*（Matrix&b）{//乘法重载函数

Matrixc;

c.m=m;

c.n=n;

c.p=newdouble[m*n];

if（m!

=b.n）

{

cout<<"\n行列不匹配";

exit（0）;

}

inti,j,k;

for（i=0;i

for（j=0;j

for（c.p[i*b.n+j]=0,k=0;k

c.p[i*b.n+j]+=p[i*b.n+k]*b.p[k*b.n+j];

Out（c）;

returnc;

}

MatrixAdjunct（Matrix&a,intindexm,intindexn）//求第indexm行indexn列元素的代数余子式

{

Matrixadj;

adj.m=a.m-1;

adj.n=a.n-1;

adj.p=newdouble[（a.n-1）*（a.n-1）];

for（inti=0;i

{

for（intj=0;j

{

adj.p[i*（a.n-1）+j]=a.p[i*a.n+j];

}

for（intk=indexn+1;k

{

adj.p[i*（a.n-1）+k-1]=a.p[i*a.n+k];

}

}

for（intm=indexm+1;m

{

for（intj=0;j

{

adj.p[（m-1）*（a.n-1）+j]=a.p[m*a.n+j];

}

for（intk=indexn+1;k

{

adj.p[（m-1）*（a.n-1）+k-1]=a.p[m*a.n+k];

}

}

returnadj;

}

doubleDet（Matrix&a）//递归求行列式

{

doubledet=0;

if（a.m!

=a.n）

{

cout<<"不是方阵，没有行列式!

"<

cout<<"求行列式退出"<

}

if（a.n==1）

{

det=a.p[0];

returndet;

}

else

{

for（inti=0;i

{

if（i%2==0）

det+=a.p[i*a.n]*Det（Adjunct（a,i,0））;

else

det-=a.p[i*a.n]*Det（Adjunct（a,i,0））;

}

}

returndet;

}

MatrixInv（Matrix&a）//求矩阵的逆

{

Matrixtemp;

temp.m=a.n;

temp.n=a.m;

temp.p=newdouble[a.m*a.n];

doubledet=Det（a）;//矩阵的逆=伴随矩阵/行列式

if（det==0）//如果行列式的值为0，则没有逆

{

cout<<"此矩阵没有逆!

"<

cout<<"求矩阵逆退出!

";

exit（0）;

}

for（inti=0;i

{

for（intj=0;j

{

if（（i+j）%2==0）

temp.p[i*temp.m+j]=Det（Adjunct（a,i,j））/det;

else

temp.p[i*temp.m+j]=-Det（Adjunct（a,i,j））/det;

}

}

returntemp;

}

//main.cpp主函数测试部分

#include"Matrix.h"

#include

usingnamespacestd;

voidmain（）

{

Matrixa,b,c;

cout<<"对于a矩阵";

In（a）;

cout<<"a="<

Out（a）;

cout<<"对于b矩阵";

In（b）;

cout<<"b="<

Out（b）;

cout<<"a+b="<

c=a+b;

cout<

cout<<"a-b="<

c=a-b;

cout<

cout<<"a*b="<

c=a*b;

cout<

cout<<"a的行列式为：

"<

cout<

cout<<"b的行列式为：

"<

cout<

cout<<"a矩阵的逆矩阵为：

"<

c=Inv（a）;

Out（c）;

cout<

cout<<"注意，这里是先输出逆矩阵的列的：

"<

cout<<"b矩阵的逆矩阵为：

"<

c=Inv（b）;

Out（c）;

cout<

}

参考文献

《C++面向对象程序设计》清华大学出版社

注：

判断相等的运算，基本统计计算求均值、协方差，没有做

面向对象程序设计（课程设计）成绩评定表

评分项目

分值

得分

程序（系统）

（60分）

原创性

15

程序功能

20

代码质量（健壮性和可扩展性）

15

核心代码和功能模块注释

10

设计报告（40分）

课题来源&任务描述

10

系统设计

15

代码编写与实现结果说明

15

成绩总计

老师签字：

蒋正锋