Расчет определителя методом Гаусса

package matrix;  import java.util.Arrays; import java.util.Scanner;  /**  * Приложение для выполнения следующих операций с квадратными марицами:<hr/>  * -Сложение<hr/>  * -Умножение<hr/>  * -Транспонирование<hr/>  * -Нахождение определителя<hr/>  * -Решение СЛАУ методом Крамера<hr/>  * -Сортировка массива матриц по возрастанию значения определителя<hr/>  * @author группа: АС-10и2 студенты: Курганов И.Д., Иванов И.А.  */ public class Main {      /**      * @param args the command line arguments      */     public static void main(String[] args) {         /*Так как для 4 из 6 пунктов нам нужен идентичный ввод матриц,           *его мы вынесли за главный цикл          */         Scanner sc = new Scanner(System.in);         System.out.print("Введите размерность матриц: ");         int rows = sc.nextInt();         double value;         //Создаем первую матрицу         Matrix mat1 = new Matrix();         mat1.setSize(rows, rows);         //Создаем вторую матрицу         Matrix mat2 = new Matrix();         mat2.setSize(rows, rows);         //Вводим значения первой матрицы         System.out.println("Ввод первой матрицы: ");         for (int i=0; i<rows; i++){             int iNum = i+1;             for (int j=0; j<rows; j++){                 int jNum = j+1;                 System.out.println("Введите "+jNum+" элемент "+iNum+" столбца: ");                 value = sc.nextDouble();                 mat1.setElem(i, j, value);             }         }         //Вводим значения второй матрицы         System.out.println("Ввод второй матрицы: ");         for (int i=0; i<rows; i++){             int iNum = i+1;             for (int j=0; j<rows; j++){                 int jNum = j+1;                 System.out.println("Введите "+jNum+" элемент "+iNum+" столбца: ");                 value = sc.nextDouble();                 mat2.setElem(i, j, value);             }         }         int menuItem = 0;         if (menuItem >= 0 && menuItem <=6){         //Главный цикл         do {             System.out.println("--------------Меню---------------");             System.out.println("1. Сложение введенных матриц");             System.out.println("2. Умножение введенных матриц");             System.out.println("3. Транспонирование первой матрицы");             System.out.println("4. Нахождение определителя первой матрицы");             System.out.println("5. Решение СЛАУ методом Крамера");             System.out.println("6. Сортировка массива матриц по возрастанию определителей матриц");             System.out.println("0. Выход");             menuItem = sc.nextInt();             switch (menuItem){                 case 1:{                     mat1 = MatrixCalculator.addition(mat1, mat2);                     System.out.println("Сумма матриц: ");                     System.out.println(mat1.toString());                     break;                 }                 case 2:{                     mat1 = MatrixCalculator.multiplication(mat1, mat2);                     System.out.println("Произведение матриц: ");                     System.out.println(mat1.toString());                     break;                 }                 case 3:{                     mat1 = MatrixCalculator.transpose(mat1);                     System.out.println("Транспонированная матрица: ");                     System.out.println(mat1.toString());                     break;                 }                 case 4:{                     value = MatrixCalculator.gauss(mat1);                     if (Math.abs(value) == 0){                         System.err.println("Определитель равен нулю — матрица вырожденная");                         break;                     }                     System.out.println("Определитель равен: "+value);                     break;                 }                    case 5:{                     System.out.print("Введите количество уравнений в СЛАУ: ");                     rows = sc.nextInt();                     mat1 = new Matrix();                     mat1.setSize(rows, rows);                     double [] answers = new double[rows];                     //Ввод системы уравнений                         for (int i=0; i<rows; i++) {                             int iNum = i+1;                             for (int j=0; j<rows; j++) {                                 int jNum = j+1;                                 System.out.print("Введите "+jNum+" элемент "+iNum+" уравнения: "+"  ");                                 value = sc.nextDouble();                                 mat1.setElem(i, j, value);                             }                             System.out.println("Введите ответ на "+iNum+" уравнение системы: ");                             double val = sc.nextDouble();                             answers[i] = val;                         }                                          double [] f = new double[rows];                     f = MatrixCalculator.kramer(mat1, answers);                     System.out.print("Корни СЛАУ: ");                         for (int i=0; i<rows; i++){                             int iNum = i+1;                             System.out.print("x"+iNum+"="+f[i]+" ");                 }                     System.out.println("");                 break;             }             case 6:{                 System.out.println("Введите длину массива матриц: ");                 int arrLenght = sc.nextInt();                 Matrix [] mArr = new Matrix[arrLenght];                 double determenant;                 //Создание массива матриц                 mArr = MatrixCalculator.matArrayCreate(arrLenght);                 for (int i=0; i<arrLenght; i++){                     System.out.print(mArr[i].toString());                     System.out.print("Определитель матрицы равен: ");                     System.out.println(determenant=MatrixCalculator.gauss(mArr[i]));                     System.out.println("");                 }                 System.out.println("*************************************************");                 System.out.println("Отсортированный массив матриц:");                 System.out.println("");                 Arrays.sort(mArr); //Сортировка и вывод                 for (int i=0; i<arrLenght; i++){                     System.out.print(mArr[i].toString());                     System.out.print("Определитель матрицы равен: ");                     System.out.println(determenant=MatrixCalculator.gauss(mArr[i]));                     System.out.println("");                 }                 break;                 }                              }                      } while(menuItem != 0);         }else{             System.err.println("Неверно выбран пункт меню");}     } } 

Класс Matrix

package matrix;  /**  * Класс <b>Matrix</b> содержит реализацию основных действий с матрицами  * @author группа: АС-10и2 студенты: Курганов И.Д., Иванов И.А.  */ public class Matrix implements Comparable<Matrix> {     private double[][] matrix;          /**      * Конструктор по умолчанию      */     public Matrix(){   } /**  * Функция установки размера матрицы  * @param rows количество строк в матрице. Тип <b>int</b>  * @param columns количество столбцов в матрице. Тип <b>int</b>  */ public void setSize(int rows, int columns){     matrix = new double[rows][columns];   } /**  * Функция получения размера матрицы, необходима, например, при создании  * новой матрицы, для установления размера  * @return размер матрицы. Тип <b>MatrixSize</b>  */ public MatrixSize getSize(){     int rows = matrix.length;     int columns = matrix[0].length;     return new MatrixSize(rows, columns);   } /**  * Функция для установления значения элемента матрицы  * @param rowNum номер строки в матрице. Тип <b>int</b>  * @param colNum номер столбца в матрице. Тип <b>int</b>  * @param value новое значение элемента массива с указанными координатами. Тип <b>double</b>  */ public void setElem(int rowNum, int colNum, double value){     matrix[rowNum][colNum] = value;   } /**  * Функция получения значения элемента матрицы  * @param rowNum номер строки в матрице. Тип <b>int</b>  * @param colNum номер столбца в матрице. Тип <b>int</b>  * @return значение элемента массива с указанными координатами. Тип <b>double</b>  */ public double getElem(int rowNum, int colNum){     return matrix[rowNum][colNum];   } /**  * Функция получения определителя матрицы. Основана на методе <b>Gauss</b>, класса <b>MatrixCalculator</b>.  * Сделана для удобства  * @param mt1 матрица, опредеелитель которой необходимо вычислить. Тип <b>Matrix</b>  * @return det - значение определителя матрицы. Тип <b>double</b>  */ public double getDet(Matrix mt1){     double det = MatrixCalculator.gauss(mt1);     return det; } /**  * Функция создания  новой матрицы (конструктор с параметрами).   * @param rows количество строк в матрице. Тип <b>int</b>  * @param columns количество столбцов в матрице. Тип <b>int</b>  * @return mt - матрицу, с указанными размерами. Тип <b>Matrix</b>  */ public static Matrix creatMatrix(int rows, int columns){     Matrix mt = new Matrix();     mt.setSize(rows, columns);     return mt;   } /**  * Функция приведения матрицы к строке.  * @return Представленную в виде строки матрицу.  */     @Override public String toString(){     StringBuilder sb = new StringBuilder();     for(int i=0; i<matrix.length; i++){     for(int j=0; j<matrix[i].length; j++){     sb.append(matrix[i][j] + "   ");   }          sb.append("\n");   }      return sb.toString(); } /**  * Функция сравнения объектов  * Необходима для метода <b>Array.sort</b>, который сортирует по возрастанию  * элементы массива матриц.  * @param mat матрица сравниваемая с текущей матрицей — элементом массива  * @return -1 — текущая матрица меньше полученной, 0 — равна, 1 — больше  */     @Override public int compareTo(Matrix mat) {    Matrix tmp = (Matrix)mat;     if(this.getDet(this) < tmp.getDet(tmp))       {         /* текущее меньше полученного */         return -1;       }            else if(this.getDet(this) > tmp.getDet(tmp))       {         /* текущее больше полученного */         return 1;       }         /* текущее равно полученному */         return 0;      } /**  * Класс для работы с размерами матриц  */ public class MatrixSize{     private int rows, columns; /**  * Конструктор с парамерами  * @param rows количество строк в матрице. Тип <b>int</b>  * @param columns количество столбцов в матрице. Тип <b>int</b>  */     public MatrixSize(int rows, int columns){     this.rows = rows;     this.columns = columns; } /**  * Функция для получения значения количества строк в матрице  * @return Количество строк. Тип <b>int</b>  */ public int getRows(){     return this.rows; } /**  * Функция для получения значения количества столбцов в матрице  * @return Количество столбцов. Тип <b>int</b>  */ public int getColumns(){     return this.columns; } } } 

Библеотека функций, класса Matrix

package matrix;  import java.util.Random; import java.util.Scanner;  /**  * Библиотека функций для работы с квадратными матрицами.  * Содержит следующие методы:  * - <b>creatMatrix</b> — создание матрицы  * - <b>addition</b> — сложение 2х матриц  * - <b>multiplication</b> — умножение 2х матриц  * - <b>swapLine</b> — смена местами 2х строк матрицы  * - <b>transpose</b> — транспонирование матрицы  * - <b>gauss</b>— нахождение определителя методом Гаусса  * - <b>matArrayCreate</b> — создание массива матриц  * - <b>kramer</b> — решение СЛАУ методом Крамера  * - <b>matArrayCreate</b> — создание массива матриц  * @author группа: АС-10и2 студенты: Курганов И.Д., Иванов И.А.  */ public class MatrixCalculator{     	private MatrixCalculator() { } /**  * Функция создания матрицы по уже имеющимся значениям  * @param rows количество строк в матрице. Тип <b>int</b>  * @param columns количество столбцов в матрице. Тип <b>int</b>  * @param data двумерный массив данных, элементы которого будут занесены элементы матрицы. Тип <b>double [][]</b>  * @return матрицу mt.Тип <b>Matrix</b>  */         public static Matrix creatMatrix(int rows, int columns, double[][] data){     Matrix mt = Matrix.creatMatrix(rows, columns);         for(int i=0; i<data.length; i++){             for(int j=0; j<data[i].length; j++){         mt.setElem(i, j, data[i][j]);             }         }     return mt;   } /**  * Функция сложения 2х матриц.  * @param mt1 первое слагаемое. Тип <b>Matrix</b>  * @param mt2 второе слагаемое. Тип <b>Matrix</b>  * @return Матрицу, элементы которой — суммы соответствующих элементов матриц <b>mt1</b> и <b>mt2</b>. Тип <b>Matrix</b>  */ public static Matrix addition(Matrix mt1, Matrix mt2) {     int rows = mt1.getSize().getRows();     int cols = mt1.getSize().getColumns();     int rows2 = mt2.getSize().getRows();     int cols2 = mt2.getSize().getColumns();         if ((rows == rows2) && (cols == cols2)) {             Matrix mt = Matrix.creatMatrix(rows, cols);             for (int i = 0; i < rows; i++) {                 for (int j = 0; j < cols; j++) {                 mt.setElem(i, j, mt1.getElem(i, j) + mt2.getElem(i, j));                 }             }     return mt; } else {     return null;     }   } /**  * Функция умножения 2х матриц  * @param mt1 первое умножаемое. Тип <b>Matrix</b>  * @param mt2 первое умножаемое. Тип <b>Matrix</b>  * @return Матрицу, элементы которой — произведения соответствующих элементов матриц <b>mt1</b> и <b>mt2</b>. Тип <b>Matrix</b>  */ public static Matrix multiplication(Matrix mt1, Matrix mt2) {     int rows = mt1.getSize().getRows();     int cols = mt1.getSize().getColumns();     int rows2 = mt2.getSize().getRows();     int cols2 = mt2.getSize().getColumns();         if (cols == rows2) {             Matrix mt = Matrix.creatMatrix(rows, cols2);             double tmp = 0;             for (int i = 0; i < rows; i++) {                 for (int c = 0; c < cols2; c++) {                     for (int j = 0; j < cols; j++) {                     tmp = mt1.getElem(i, j) * mt2.getElem(j, c);                     }                 mt.setElem(i, c, tmp);                 tmp = 0;                 }             }     return mt; } else {     return null;     }   } /**  * Функция смены местами 2х строк матрицы  * @param swopLine номер строки, которую необходимо заменить строкой <b>targetLine</b>. Тип <b>int</b>  * @param targetLine номер целевой строки, которой необходимо заменить строку <b>swopLine</b>. Тип <b>int</b>  * @param mt1 матрица, в которой проводится замена строк. Тип <b>Matrix</b>  * @return матрицу, в которой строки <b>swopLine</b> и <b>targetLine</b>, изменены местами  */ public static Matrix swapLine(int swopLine, int targetLine, Matrix mt1) {     int rows = mt1.getSize().getRows();     int cols = mt1.getSize().getColumns();     double tmp;     int secondLine = targetLine;         for (int firstLine=swopLine; swopLine<rows; swopLine++) {             for (int j=0; j<cols; j++) {                 tmp = mt1.getElem(firstLine, j);                 mt1.setElem(firstLine, j, mt1.getElem(secondLine, j));                 mt1.setElem(secondLine, j, tmp);             }         }     return mt1; } /**  * Функция транспонирования матрицы  * @param mt1 тарнспонируемая матрица. Тип <b>Matrix</b>  * @return тарнспонированную матрицу. Тип <b>Matrix</b>  */ public static Matrix transpose (Matrix mt1) {     int rows = mt1.getSize().getRows();     int cols = mt1.getSize().getColumns();     Matrix mt = Matrix.creatMatrix(rows, cols);     double tmp = 0;         for (int i=0; i<rows; i++){             for (int j=0; j<cols; j++){                 tmp = mt1.getElem(i, j);                 mt.setElem(j, i, tmp);                 tmp = 0;             }         }     return mt; }  /**  * Функция нахождения определителя матрицы методом Гаусса  * @param mt1 матрица, определитель которой необходимо найти. Тип <b>Matrix</b>  * @return result — значение определителя матрицы. Тип <b>double</b>   */ public static double gauss (Matrix mt1) {     int rows = mt1.getSize().getRows();     int cols = mt1.getSize().getColumns();     double result = 1;     int count;     /*копируем полученную матрицу в "рабочую" матрицу mt (Она обрабатывается       в циклах)*/     Matrix mt = new Matrix();     mt.setSize(rows, cols);     for (int i=0; i<rows; i++){         for (int j=0; j<cols; j++){             mt.setElem(i, j, mt1.getElem(i, j));         }     }     /*копируем полученную матрицу в "статическую" матрицу mt2, в неё       копируется "рабочая матрица" mt, после зануления очередного столбца*/     Matrix mt2 = new Matrix();     mt2.setSize(rows, cols);     for (int i=0; i<rows; i++){         for (int j=0; j<cols; j++){             mt2.setElem(i, j, mt1.getElem(i, j));         }     }     /*Матрицы mt и mt2 необходимы, чтобы не испортить получаемую матрицу mt1,     которая может быть использована в других областях программы     строим треугольную матрицу*/     for (int i=0; i<cols; i++){                  //проверка на НЕнулевой i-тый элемент строки         if (mt.getElem(i, i)==0 && i<rows-1)         {         count = i;             do{             mt.getElem(count, 0);             count++;             }while(mt.getElem(count, 0) == 0);         mt = MatrixCalculator.swapLine(i, count, mt);         result = -result; // Если была совершена перестановка —          }                 // меняем знак определителя                  /*копирование "рабочей" матрицы в "статическую", необходимо          для корректного расчета коофициентов умножения строк перед вычитанием*/         for (int x=0; x<rows; x++){             for (int y=0; y<cols; y++){                 mt2.setElem(x, y, mt.getElem(x, y));             }         }                  //зануление i-того столбца                  for (int j=i+1; j<rows; j++){             for (int k=i; k<cols; k++){                 double tmp = mt.getElem(j, k)-((mt.getElem(i, k)*mt2.getElem(j, i))/mt.getElem(i, i));                 mt.setElem(j, k, tmp);             }                         }              }     //Вычисление определителя     for (int x=0; x<rows; x++){         result = result*mt.getElem(x, x);     }       return result; } /**  * Функция решения СЛАУ методом Крамера  * @param mt1 коофиценты СЛАУ. Тип <b>Matrix</b>  * @param ans массив ответов СЛАУ. Тип <b>double []</b>  * @return <b>xArr</b> — массив корней СЛАУ. Тип <b>double []</b>  */ public static double [] kramer (Matrix mt1, double [] ans) {     int rows = mt1.getSize().getRows();     int cols = mt1.getSize().getColumns();     double [] xArr = new double[rows];     Matrix mtDet = new Matrix();     mtDet.setSize(rows, cols);       for (int i=0; i<rows; i++){         /*Копирование входной матрицы во временную, для нахождения определителя          */         for (int x=0; x<rows; x++){             for (int y=0; y<cols; y++){                 mtDet.setElem(x, y, mt1.getElem(x, y));             }         }              }     //Нахождение Главного определителя     double det = MatrixCalculator.gauss(mtDet);     Matrix mt = new Matrix();     mt.setSize(rows, cols);     //Копирование входной матрицы mt1 в "рабочую" mt     for (int i=0; i<rows; i++){         for (int x=0; x<rows; x++){             for (int y=0; y<cols; y++){                 mt.setElem(x, y, mt1.getElem(x, y));             }         }         //замена j-того столбца, столбцом ответов         for (int j=0; j<cols; j++){             mt.setElem(j, i, ans[j]);         }         //Нахождение корней СЛАУ         xArr[i] = MatrixCalculator.gauss(mt)/det;     }     return xArr; } /**  * Функция создания массива матриц  * @param qty количество элементов массива. Тип <b>int</b>  * @return <b>matArray</b> — массив матриц. Тип <b>Matrix []</b>  */ public static Matrix [] matArrayCreate (int qty) {     Scanner scan = new Scanner(System.in);     Matrix [] matArray = new Matrix[qty];     Random rand = new Random();     System.out.println("Массив будет наполнен случайными числами");     //сделано для удобства, руками долго вбивать         for (int i=0; i<qty; i++){             int number = i+1;             System.out.println("Введите размерность "+number+" матрицы — элемента массива:");             int matSize = scan.nextInt();             Matrix mat = new Matrix();             mat.setSize(matSize, matSize);                 for (int j=0; j<matSize; j++){                     for (int k=0; k<matSize; k++){                                                 mat.setElem(j, k, rand.nextInt(30)-15);                     }                 }             matArray[i]=mat;         }     return matArray; }  }