Matrix (行列)
(math/matrix.hpp)

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• Last update: 2022-08-03 18:27:55+09:00
• Include: #include "math/matrix.hpp"

概要

行列計算

実装のヒント

参考

• 競技プログラミング用にC++で行列（2次元平面）ライブラリを作成する

Code

#include <vector>
using namespace std;

template <typename T>
struct mat {
  // 行列m
  vector<vector<T>> m;
  // コンストラクタ:第1引数⇒行数、第2引数⇒列数、第3引数⇒初期値
  mat() : m(vector<vector<T>>()) {}
  mat(int h, int w) : m(vector<vector<T>>(h, vector<T>(w))) {}
  mat(int h, int w, T d) : m(vector<vector<T>>(h, vector<T>(w, d))) {}
  // 添字演算子
  vector<T> operator[](const int i) const { return m[i]; }  //読み取り
  vector<T>& operator[](const int i) { return m[i]; }       //書き込み
  // 行数・列数
  int nrow = (int)m.size();
  int ncol = (int)m[0].size();
  // 行列同士の演算
  mat& operator=(const mat& a) { return *a; }
  mat& operator+=(const mat& a) {
    assert(ncol == a.ncol && nrow == a.nrow);
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] += a[i][j];
    return *this;
  }
  mat& operator-=(const mat& a) {
    assert(ncol == a.ncol && nrow == a.nrow);
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] -= a[i][j];
    return *this;
  }
  mat& operator*=(const mat& a) {
    assert(ncol == a.nrow);
    mat<T> m2(nrow, a.ncol, 0);
    rep(i, nrow) rep(j, a.ncol) rep(k, ncol) m2[i][j] += m[i][k] * a[k][j];
    ncol = a.ncol;
    rep(i, nrow) m[i].resize(ncol);
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] = m2[i][j];
    return *this;
  }
  mat operator+(const mat& a) const { return mat(*this) += a; }
  mat operator-(const mat& a) const { return mat(*this) -= a; }
  mat operator*(const mat& a) const { return mat(*this) *= a; }
  bool operator==(const mat& a) {
    assert(ncol == a.ncol && nrow == a.nrow);
    bool flg = true;
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) if (m[i][j] != a[i][j]) flg = false;
    return flg;
  }
  // 行列とスカラの演算
  mat& operator+=(const T& a) {
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] += a;
    return *this;
  }
  mat& operator-=(const T& a) {
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] -= a;
    return *this;
  }
  mat& operator*=(const T& a) {
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] *= a;
    return *this;
  }
  mat& operator/=(const T& a) {
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] /= a;
    return *this;
  }
  mat operator+(const T& a) const { return mat(*this) += a; }
  mat operator-(const T& a) const { return mat(*this) -= a; }
  mat operator*(const T& a) const { return mat(*this) *= a; }
  mat operator/(const T& a) const { return mat(*this) /= a; }
  // 回転（degの数だけ時計回りに90度回転）
  mat& rot(int deg) {
    mat<T> m2(ncol, nrow);
    if (deg == 1 || deg == 3) {
      if (deg == 1) rep(i, nrow) rep(j, ncol) m2[j][nrow - i - 1] = m[i][j];
      if (deg == 3) rep(i, nrow) rep(j, ncol) m2[ncol - j - 1][i] = m[i][j];
      swap(ncol, nrow);  // 列数と行数を入れ替える
      m.resize(nrow);
      rep(i, nrow) m[i].resize(ncol);  //リサイズ
    }
    if (deg == 2)
      rep(i, nrow) rep(j, ncol) m2[nrow - i - 1][ncol - j - 1] = m[i][j];
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] = m2[i][j];
    return *this;
  }
  // 標準出力
  void show() {
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) {
      if (j != 0) cout << " ";
      cout << m[i][j];
      if (j == ncol - 1) cout << endl;
    }
    return;
  }
};

#line 1 "math/matrix.hpp"
#include <vector>
using namespace std;

template <typename T>
struct mat {
  // 行列m
  vector<vector<T>> m;
  // コンストラクタ:第1引数⇒行数、第2引数⇒列数、第3引数⇒初期値
  mat() : m(vector<vector<T>>()) {}
  mat(int h, int w) : m(vector<vector<T>>(h, vector<T>(w))) {}
  mat(int h, int w, T d) : m(vector<vector<T>>(h, vector<T>(w, d))) {}
  // 添字演算子
  vector<T> operator[](const int i) const { return m[i]; }  //読み取り
  vector<T>& operator[](const int i) { return m[i]; }       //書き込み
  // 行数・列数
  int nrow = (int)m.size();
  int ncol = (int)m[0].size();
  // 行列同士の演算
  mat& operator=(const mat& a) { return *a; }
  mat& operator+=(const mat& a) {
    assert(ncol == a.ncol && nrow == a.nrow);
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] += a[i][j];
    return *this;
  }
  mat& operator-=(const mat& a) {
    assert(ncol == a.ncol && nrow == a.nrow);
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] -= a[i][j];
    return *this;
  }
  mat& operator*=(const mat& a) {
    assert(ncol == a.nrow);
    mat<T> m2(nrow, a.ncol, 0);
    rep(i, nrow) rep(j, a.ncol) rep(k, ncol) m2[i][j] += m[i][k] * a[k][j];
    ncol = a.ncol;
    rep(i, nrow) m[i].resize(ncol);
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] = m2[i][j];
    return *this;
  }
  mat operator+(const mat& a) const { return mat(*this) += a; }
  mat operator-(const mat& a) const { return mat(*this) -= a; }
  mat operator*(const mat& a) const { return mat(*this) *= a; }
  bool operator==(const mat& a) {
    assert(ncol == a.ncol && nrow == a.nrow);
    bool flg = true;
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) if (m[i][j] != a[i][j]) flg = false;
    return flg;
  }
  // 行列とスカラの演算
  mat& operator+=(const T& a) {
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] += a;
    return *this;
  }
  mat& operator-=(const T& a) {
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] -= a;
    return *this;
  }
  mat& operator*=(const T& a) {
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] *= a;
    return *this;
  }
  mat& operator/=(const T& a) {
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] /= a;
    return *this;
  }
  mat operator+(const T& a) const { return mat(*this) += a; }
  mat operator-(const T& a) const { return mat(*this) -= a; }
  mat operator*(const T& a) const { return mat(*this) *= a; }
  mat operator/(const T& a) const { return mat(*this) /= a; }
  // 回転（degの数だけ時計回りに90度回転）
  mat& rot(int deg) {
    mat<T> m2(ncol, nrow);
    if (deg == 1 || deg == 3) {
      if (deg == 1) rep(i, nrow) rep(j, ncol) m2[j][nrow - i - 1] = m[i][j];
      if (deg == 3) rep(i, nrow) rep(j, ncol) m2[ncol - j - 1][i] = m[i][j];
      swap(ncol, nrow);  // 列数と行数を入れ替える
      m.resize(nrow);
      rep(i, nrow) m[i].resize(ncol);  //リサイズ
    }
    if (deg == 2)
      rep(i, nrow) rep(j, ncol) m2[nrow - i - 1][ncol - j - 1] = m[i][j];
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) m[i][j] = m2[i][j];
    return *this;
  }
  // 標準出力
  void show() {
    rep(i, nrow) rep(j, ncol) {
      if (j != 0) cout << " ";
      cout << m[i][j];
      if (j == ncol - 1) cout << endl;
    }
    return;
  }
};

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