用十字链表实现两个稀疏矩阵的和矩阵差矩阵乘矩阵

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include<stdlib.h>
typedef int ElemType;// 稀疏矩阵的十字链表存储表示
typedef struct OLNode
{
    int i,j;    // 该非零元的行和列下标
    ElemType e;    // 非零元素值
    struct OLNode *right,*down; // 该非零元所在行表和列表的后继链域
} OLNode, *OLink;
typedef struct   // 行和列链表头指针向量基址,由CreatSMatrix_OL()分配
{
    OLink *rhead, *chead;
    int mu, nu, tu;        // 稀疏矩阵的行数、列数和非零元个数
} CrossList;
// 初始化M(CrossList类型的变量必须初始化,否则创建、复制矩阵将出错)
int InitSMatrix(CrossList *M)
{
    (*M).rhead=(*M).chead=NULL;
    (*M).mu=(*M).nu=(*M).tu=0;
    return 1;
}
// 销毁稀疏矩阵M
int DestroySMatrix(CrossList *M)
{
    int i;
    OLNode *p,*q;

    for(i=1; i<=(*M).mu; i++)   // 按行释放结点
    {
        p=*((*M).rhead+i);
        while(p)
        {
            q=p;
            p=p->right;
            free(q);
        }
    }
    free((*M).rhead);
    free((*M).chead);
    (*M).rhead=(*M).chead=NULL;
    (*M).mu=(*M).nu=(*M).tu=0;
    return 1;
}
// 创建稀疏矩阵M,采用十字链表存储表示。
int CreateSMatrix(CrossList *M)
{
    int i,j,k,m,n,t;
    ElemType e;
    OLNode *p,*q;
    if((*M).rhead)
        DestroySMatrix(M);
    printf("请输入稀疏矩阵的行数 列数 非零元个数:(space) ");
    scanf("%d%d%d",&m,&n,&t);
    (*M).mu=m;
    (*M).nu=n;
    (*M).tu=t;
    //初始化行链表头
    (*M).rhead=(OLink*)malloc((m+1)*sizeof(OLink));
    if(!(*M).rhead)
        exit(0);
    //初始化列链表头
    (*M).chead=(OLink*)malloc((n+1)*sizeof(OLink));
    if(!(*M).chead)
        exit(0);
    for(k=1; k<=m; k++) // 初始化行头指针向量;各行链表为空链表
        (*M).rhead[k]=NULL;
    for(k=1; k<=n; k++) // 初始化列头指针向量;各列链表为空链表
        (*M).chead[k]=NULL;
    printf("请按任意次序输入%d个非零元的行 列 元素值:（空格）\n",(*M).tu);
    for(k=0; k<t; k++)
    {
        scanf("%d%d%d",&i,&j,&e);
        p=(OLNode*)malloc(sizeof(OLNode));
        if(!p)
            exit(0);
        p->i=i; // 生成结点
        p->j=j;
        p->e=e;
        if((*M).rhead[i]==NULL||(*M).rhead[i]->j>j)
        {
            // p插在该行的第一个结点处
            p->right=(*M).rhead[i];
            (*M).rhead[i]=p;
        }
        else     // 寻查在行表中的插入位置
        {
            //从该行的行链表头开始，直到找到
            for(q=(*M).rhead[i]; q->right && q->right->j < j; q = q->right)
                ;
            p->right=q->right; // 完成行插入
            q->right=p;
        }
        if((*M).chead[j] == NULL || (*M).chead[j]->i > i)
        {
            // p插在该列的第一个结点处
            p->down = (*M).chead[j];
            (*M).chead[j] = p;
        }
        else     // 寻查在列表中的插入位置
        {
            for(q = (*M).chead[j]; q->down && q->down->i < i; q = q->down)
                ;
            p->down=q->down; // 完成列插入
            q->down=p;
        }
    }
    return 1;
}
// 按行或按列输出稀疏矩阵M
int PrintSMatrix(CrossList M)
{
    int i,j;
    OLink p;
    printf("%d行%d列%d个非零元素\n",M.mu,M.nu,M.tu);
    printf("请输入选择(1.按行输出 2.按列输出): ");
    scanf("%d",&i);
    switch(i)
    {
    case 1:
        for(j=1; j<=M.mu; j++)
        {
            p=M.rhead[j];
            while(p)
            {
                printf("%d行%d列值为%d\n",p->i,p->j,p->e);
                p=p->right;
            }
        }
        break;
    case 2:
        for(j=1; j<=M.nu; j++)
        {
            p=M.chead[j];
            while(p)
            {
                printf("%d行%d列值为%d\n",p->i,p->j,p->e);
                p=p->down;
            }
        }
    }
    return 1;
}
// 由稀疏矩阵M复制得到T
int CopySMatrix(CrossList M,CrossList *T)
{
    int i;
    OLink p,q,q1,q2;

    if((*T).rhead)
        DestroySMatrix(T);
    (*T).mu=M.mu;
    (*T).nu=M.nu;
    (*T).tu=M.tu;
    (*T).rhead=(OLink*)malloc((M.mu+1)*sizeof(OLink));
    if(!(*T).rhead)
        exit(0);
    (*T).chead=(OLink*)malloc((M.nu+1)*sizeof(OLink));
    if(!(*T).chead)
        exit(0);
    for(i=1; i<=M.mu; i++) // 初始化矩阵T的行头指针向量;各行链表为空链表
        (*T).rhead[i]=NULL;
    for(i=1; i<=M.nu; i++) // 初始化矩阵T的列头指针向量;各列链表为空链表
        (*T).chead[i]=NULL;
    for(i=1; i<=M.mu; i++)   // 按行复制
    {
        p=M.rhead[i];
        while(p)   // 没到行尾
        {
            q=(OLNode*)malloc(sizeof(OLNode)); // 生成结点
            if(!q)
                exit(0);
            q->i=p->i; // 给结点赋值
            q->j=p->j;
            q->e=p->e;
            if(!(*T).rhead[i]) // 插在行表头
                (*T).rhead[i]=q1=q;
            else // 插在行表尾
                q1=q1->right=q;
            if(!(*T).chead[q->j])   // 插在列表头
            {
                (*T).chead[q->j]=q;
                q->down=NULL;
            }
            else     // 插在列表尾
            {
                q2=(*T).chead[q->j];
                while(q2->down)
                    q2=q2->down;
                q2->down=q;
                q->down=NULL;
            }
            p=p->right;
        }
        q->right=NULL;
    }
    return 1;
}
// 求稀疏矩阵的和Q=M+N
int AddSMatrix(CrossList M,CrossList N,CrossList *Q)
{
    int i,k;
    OLink p,pq,pm,pn;
    OLink *col;

    if(M.mu!=N.mu||M.nu!=N.nu)
    {
        printf("两个矩阵不是同类型的,不能相加\n");
        exit(0);
    }
    (*Q).mu=M.mu; // 初始化Q矩阵
    (*Q).nu=M.nu;
    (*Q).tu=0; // 元素个数的初值
    (*Q).rhead=(OLink*)malloc(((*Q).mu+1)*sizeof(OLink));
    if(!(*Q).rhead)
        exit(0);
    (*Q).chead=(OLink*)malloc(((*Q).nu+1)*sizeof(OLink));
    if(!(*Q).chead)
        exit(0);
    for(k=1; k<=(*Q).mu; k++) // 初始化Q的行头指针向量;各行链表为空链表
        (*Q).rhead[k]=NULL;
    for(k=1; k<=(*Q).nu; k++) // 初始化Q的列头指针向量;各列链表为空链表
        (*Q).chead[k]=NULL;
    // 生成指向列的最后结点的数组
    col=(OLink*)malloc(((*Q).nu+1)*sizeof(OLink));
    if(!col)
        exit(0);
    for(k=1; k<=(*Q).nu; k++) // 赋初值
        col[k]=NULL;
    for(i=1; i<=M.mu; i++)   // 按行的顺序相加
    {
        pm=M.rhead[i];    // pm指向矩阵M的第i行的第1个结点
        pn=N.rhead[i];    // pn指向矩阵N的第i行的第1个结点
        while(pm&&pn)    // pm和pn均不空
        {
            if(pm->j<pn->j)   // 矩阵M当前结点的列小于矩阵N当前结点的列
            {
                p=(OLink)malloc(sizeof(OLNode)); // 生成矩阵Q的结点
                if(!p)
                    exit(0);
                (*Q).tu++;    // 非零元素数加1
                p->i=i;        // 给结点赋值
                p->j=pm->j;
                p->e=pm->e;
                p->right=NULL;
                pm=pm->right; // pm指针向右移
            }
            else if(pm->j>pn->j)     // 矩阵M当前结点的列大于矩阵N当前结点的列
            {
                p=(OLink)malloc(sizeof(OLNode)); // 生成矩阵Q的结点
                if(!p)
                    exit(0);
                (*Q).tu++;    // 非零元素数加1
                p->i=i;        // 给结点赋值
                p->j=pn->j;
                p->e=pn->e;
                p->right=NULL;
                pn=pn->right; // pn指针向右移
            }
            // 矩阵M、N当前结点的列相等且两元素之和不为0
            else if(pm->e+pn->e)
            {
                p=(OLink)malloc(sizeof(OLNode)); // 生成矩阵Q的结点
                if(!p)
                    exit(0);
                (*Q).tu++; // 非零元素数加1
                p->i=i; // 给结点赋值
                p->j=pn->j;
                p->e=pm->e+pn->e;
                p->right=NULL;
                pm=pm->right; // pm指针向右移
                pn=pn->right; // pn指针向右移
            }
            else     // 矩阵M、N当前结点的列相等且两元素之和为0
            {
                pm=pm->right; // pm指针向右移
                pn=pn->right; // pn指针向右移
                continue;
            }
            if((*Q).rhead[i]==NULL) // p为该行的第1个结点
                // p插在该行的表头且pq指向p(该行的最后一个结点)
                (*Q).rhead[i]=pq=p;
            else   // 插在pq所指结点之后
            {
                pq->right=p; // 完成行插入
                pq=pq->right; // pq指向该行的最后一个结点
            }
            if((*Q).chead[p->j]==NULL) // p为该列的第1个结点
                // p插在该列的表头且col[p->j]指向p
                (*Q).chead[p->j]=col[p->j]=p;
            else   // 插在col[p->]所指结点之后
            {
                col[p->j]->down=p; // 完成列插入
                // col[p->j]指向该列的最后一个结点
                col[p->j]=col[p->j]->down;
            }
        }
        while(pm)   // 将矩阵M该行的剩余元素插入矩阵Q
        {
            p=(OLink)malloc(sizeof(OLNode)); // 生成矩阵Q的结点
            if(!p)
                exit(0);
            (*Q).tu++; // 非零元素数加1
            p->i=i; // 给结点赋值
            p->j=pm->j;
            p->e=pm->e;
            p->right=NULL;
            pm=pm->right; // pm指针向右移
            if((*Q).rhead[i] == NULL) // p为该行的第1个结点
                // p插在该行的表头且pq指向p(该行的最后一个结点)
                (*Q).rhead[i] = pq = p;
            else   // 插在pq所指结点之后
            {
                pq->right=p; // 完成行插入
                pq=pq->right; // pq指向该行的最后一个结点
            }
            if((*Q).chead[p->j] == NULL) // p为该列的第1个结点
                // p插在该列的表头且col[p->j]指向p
                (*Q).chead[p->j] = col[p->j] = p;
            else   // 插在col[p->j]所指结点之后
            {
                col[p->j]->down=p; // 完成列插入
                // col[p->j]指向该列的最后一个结点
                col[p->j]=col[p->j]->down;
            }
        }
        while(pn)   // 将矩阵N该行的剩余元素插入矩阵Q
        {
            p=(OLink)malloc(sizeof(OLNode)); // 生成矩阵Q的结点
            if(!p)
                exit(0);
            (*Q).tu++; // 非零元素数加1
            p->i=i; // 给结点赋值
            p->j=pn->j;
            p->e=pn->e;
            p->right=NULL;
            pn=pn->right; // pm指针向右移
            if((*Q).rhead[i]==NULL) // p为该行的第1个结点
                // p插在该行的表头且pq指向p(该行的最后一个结点)
                (*Q).rhead[i]=pq=p;
            else   // 插在pq所指结点之后
            {
                pq->right=p; // 完成行插入
                pq=pq->right; // pq指向该行的最后一个结点
            }
            if((*Q).chead[p->j]==NULL) // p为该列的第1个结点
                // p插在该列的表头且col[p->j]指向p
                (*Q).chead[p->j]=col[p->j]=p;
            else   // 插在col[p->j]所指结点之后
            {
                col[p->j]->down=p; // 完成列插入
                // col[p->j]指向该列的最后一个结点
                col[p->j]=col[p->j]->down;
            }
        }
    }
    for(k=1; k<=(*Q).nu; k++)
        if(col[k]) // k列有结点
            col[k]->down=NULL; //  令该列最后一个结点的down指针为空
    free(col);
    return 1;
}

//  求稀疏矩阵的差Q=M-N
int SubtSMatrix(CrossList M,CrossList N,CrossList *Q)
{
    int i,k;
    OLink p,pq,pm,pn;
    OLink *col;

    if(M.mu!=N.mu||M.nu!=N.nu)
    {
        printf("两个矩阵不是同类型的,不能相加\n");
        exit(0);
    }
    (*Q).mu=M.mu; // 初始化Q矩阵
    (*Q).nu=M.nu;
    (*Q).tu=0; // 元素个数的初值
    (*Q).rhead=(OLink*)malloc(((*Q).mu+1)*sizeof(OLink));
    if(!(*Q).rhead)
        exit(0);
    (*Q).chead=(OLink*)malloc(((*Q).nu+1)*sizeof(OLink));
    if(!(*Q).chead)
        exit(0);
    for(k=1; k<=(*Q).mu; k++) // 初始化Q的行头指针向量;各行链表为空链表
        (*Q).rhead[k]=NULL;
    for(k=1; k<=(*Q).nu; k++) // 初始化Q的列头指针向量;各列链表为空链表
        (*Q).chead[k]=NULL;
    // 生成指向列的最后结点的数组
    col=(OLink*)malloc(((*Q).nu+1)*sizeof(OLink));
    if(!col)
        exit(0);
    for(k=1; k<=(*Q).nu; k++) // 赋初值
        col[k]=NULL;
    for(i=1; i<=M.mu; i++)   // 按行的顺序相加
    {
        pm=M.rhead[i]; // pm指向矩阵M的第i行的第1个结点
        pn=N.rhead[i]; // pn指向矩阵N的第i行的第1个结点
        while(pm&&pn)   // pm和pn均不空
        {
            if(pm->j<pn->j)   // 矩阵M当前结点的列小于矩阵N当前结点的列
            {
                p=(OLink)malloc(sizeof(OLNode)); // 生成矩阵Q的结点
                if(!p)
                    exit(0);
                (*Q).tu++; // 非零元素数加1
                p->i=i; // 给结点赋值
                p->j=pm->j;
                p->e=pm->e;
                p->right=NULL;
                pm=pm->right; // pm指针向右移
            }
            // 矩阵M当前结点的列大于矩阵N当前结点的列
            else if(pm->j>pn->j)
            {
                p=(OLink)malloc(sizeof(OLNode)); // 生成矩阵Q的结点
                if(!p)
                    exit(0);
                (*Q).tu++; // 非零元素数加1
                p->i=i; // 给结点赋值
                p->j=pn->j;
                p->e=-pn->e;
                p->right=NULL;
                pn=pn->right; // pn指针向右移
            }
            else if(pm->e-pn->e)
            {
                // 矩阵M、N当前结点的列相等且两元素之差不为0
                p=(OLink)malloc(sizeof(OLNode)); // 生成矩阵Q的结点
                if(!p)
                    exit(0);
                (*Q).tu++; // 非零元素数加1
                p->i=i; // 给结点赋值
                p->j=pn->j;
                p->e=pm->e-pn->e;
                p->right=NULL;
                pm=pm->right; // pm指针向右移
                pn=pn->right; // pn指针向右移
            }
            else     // 矩阵M、N当前结点的列相等且两元素之差为0
            {
                pm=pm->right; // pm指针向右移
                pn=pn->right; // pn指针向右移
                continue;
            }
            if((*Q).rhead[i]==NULL) // p为该行的第1个结点
                // p插在该行的表头且pq指向p(该行的最后一个结点)
                (*Q).rhead[i]=pq=p;
            else   // 插在pq所指结点之后
            {
                pq->right=p; // 完成行插入
                pq=pq->right; // pq指向该行的最后一个结点
            }
            if((*Q).chead[p->j]==NULL) // p为该列的第1个结点
                // p插在该列的表头且col[p->j]指向p
                (*Q).chead[p->j]=col[p->j]=p;
            else   // 插在col[p->]所指结点之后
            {
                col[p->j]->down=p; // 完成列插入
                // col[p->j]指向该列的最后一个结点
                col[p->j]=col[p->j]->down;
            }
        }
        while(pm)   // 将矩阵M该行的剩余元素插入矩阵Q
        {
            p=(OLink)malloc(sizeof(OLNode)); // 生成矩阵Q的结点
            if(!p)
                exit(0);
            (*Q).tu++; // 非零元素数加1
            p->i=i; // 给结点赋值
            p->j=pm->j;
            p->e=pm->e;
            p->right=NULL;
            pm=pm->right; // pm指针向右移
            if((*Q).rhead[i]==NULL) // p为该行的第1个结点
                // p插在该行的表头且pq指向p(该行的最后一个结点)
                (*Q).rhead[i]=pq=p;
            else   // 插在pq所指结点之后
            {
                pq->right=p; // 完成行插入
                pq=pq->right; // pq指向该行的最后一个结点
            }
            if((*Q).chead[p->j]==NULL) // p为该列的第1个结点
                // p插在该列的表头且col[p->j]指向p
                (*Q).chead[p->j]=col[p->j]=p;
            else   // 插在col[p->j]所指结点之后
            {
                col[p->j]->down=p; // 完成列插入
                // col[p->j]指向该列的最后一个结点
                col[p->j]=col[p->j]->down;
            }
        }
        while(pn)   // 将矩阵N该行的剩余元素插入矩阵Q
        {
            p=(OLink)malloc(sizeof(OLNode)); // 生成矩阵Q的结点
            if(!p)
                exit(0);
            (*Q).tu++; // 非零元素数加1
            p->i=i; // 给结点赋值
            p->j=pn->j;
            p->e=-pn->e;
            p->right=NULL;
            pn=pn->right; // pm指针向右移
            if((*Q).rhead[i]==NULL) // p为该行的第1个结点
                // p插在该行的表头且pq指向p(该行的最后一个结点)
                (*Q).rhead[i]=pq=p;
            else   // 插在pq所指结点之后
            {
                pq->right=p; // 完成行插入
                pq=pq->right; // pq指向该行的最后一个结点
            }
            if((*Q).chead[p->j]==NULL) // p为该列的第1个结点
                // p插在该列的表头且col[p->j]指向p
                (*Q).chead[p->j]=col[p->j]=p;
            else   // 插在col[p->j]所指结点之后
            {
                col[p->j]->down=p; // 完成列插入
                // col[p->j]指向该列的最后一个结点
                col[p->j]=col[p->j]->down;
            }
        }
    }
    for(k=1; k<=(*Q).nu; k++)
        if(col[k]) // k列有结点
            col[k]->down=NULL; // 令该列最后一个结点的down指针为空
    free(col);
    return 1;
}
// 求稀疏矩阵乘积Q=M*N
int MultSMatrix(CrossList M,CrossList N,CrossList *Q)
{
    int i,j,e;
    OLink q,p0,q0,q1,q2;

    InitSMatrix(Q);
    (*Q).mu=M.mu;
    (*Q).nu=N.nu;
    (*Q).tu=0;
    (*Q).rhead=(OLink*)malloc(((*Q).mu+1)*sizeof(OLink));
    if(!(*Q).rhead)
        exit(0);
    (*Q).chead=(OLink*)malloc(((*Q).nu+1)*sizeof(OLink));
    if(!(*Q).chead)
        exit(0);
    for(i=1; i<=(*Q).mu; i++) // 初始化矩阵Q的行头指针向量;各行链表为空链表
        (*Q).rhead[i]=NULL;
    for(i=1; i<=(*Q).nu; i++) // 初始化矩阵Q的列头指针向量;各列链表为空链表
        (*Q).chead[i]=NULL;
    for(i=1; i<=(*Q).mu; i++)
        for(j=1; j<=(*Q).nu; j++)
        {
            p0=M.rhead[i];
            q0=N.chead[j];
            e=0;
            while(p0&&q0)
            {
                if(q0->i<p0->j)
                    q0=q0->down; // 列指针后移
                else if(q0->i>p0->j)
                    p0=p0->right; // 行指针后移
                else   // q0->i==p0->j
                {
                    e+=p0->e*q0->e; // 乘积累加
                    q0=q0->down; // 行列指针均后移
                    p0=p0->right;
                }
            }
            if(e)   // 值不为0
            {
                (*Q).tu++; // 非零元素数加1
                q=(OLink)malloc(sizeof(OLNode)); // 生成结点
                if(!q) // 生成结点失败
                    exit(0);
                q->i=i; // 给结点赋值
                q->j=j;
                q->e=e;
                q->right=NULL;
                q->down=NULL;
                if(!(*Q).rhead[i]) // 行表空时插在行表头
                    (*Q).rhead[i]=q1=q;
                else // 否则插在行表尾
                    q1=q1->right=q;
                if(!(*Q).chead[j]) // 列表空时插在列表头
                    (*Q).chead[j]=q;
                else   // 否则插在列表尾
                {
                    q2=(*Q).chead[j]; // q2指向j行第1个结点
                    while(q2->down)
                        q2=q2->down; // q2指向j行最后1个结点
                    q2->down=q;
                }
            }
        }
    return 1;
}
//  求稀疏矩阵M的转置矩阵T
int TransposeSMatrix(CrossList M,CrossList *T)
{
    int u,i;
    OLink *head,p,q,r;

    if((*T).rhead)
        DestroySMatrix(T);
    CopySMatrix(M,T); // T=M
    u=(*T).mu; // 交换(*T).mu和(*T).nu
    (*T).mu=(*T).nu;
    (*T).nu=u;
    head=(*T).rhead; // 交换(*T).rhead和(*T).chead
    (*T).rhead=(*T).chead;
    (*T).chead=head;
    for(u=1; u<=(*T).mu; u++)   // 对T的每一行
    {
        p=(*T).rhead[u]; // p为行表头
        while(p)   // 没到表尾,对T的每一结点
        {
            q=p->down; // q指向下一个结点
            i=p->i; // 交换.i和.j
            p->i=p->j;
            p->j=i;
            r=p->down; // 交换.down.和right
            p->down=p->right;
            p->right=r;
            p=q; // p指向下一个结点
        }
    }
    return 1;
}
int main()
{
    CrossList A,B,C;
    InitSMatrix(&A); // CrossList类型的变量在初次使用之前必须初始化
    InitSMatrix(&B);
    printf("创建矩阵A: ");
    CreateSMatrix(&A);
    PrintSMatrix(A);
    printf("由矩阵A复制矩阵B: ");
    CopySMatrix(A,&B);
    PrintSMatrix(B);
    DestroySMatrix(&B); // CrossList类型的变量在再次使用之前必须先销毁
    printf("销毁矩阵B后:\n");
    PrintSMatrix(B);
    printf("创建矩阵B2:(与矩阵A的行、列数相同，行、列分别为%d,%d)\n",
           A.mu,A.nu);
    CreateSMatrix(&B);
    PrintSMatrix(B);
    printf("矩阵C1(A+B): ");
    AddSMatrix(A,B,&C);
    PrintSMatrix(C);
    DestroySMatrix(&C);
    printf("矩阵C2(A-B): ");
    SubtSMatrix(A,B,&C);
    PrintSMatrix(C);
    DestroySMatrix(&C);
    printf("矩阵C3(A的转置): ");
    TransposeSMatrix(A,&C);
    PrintSMatrix(C);
    DestroySMatrix(&A);
    DestroySMatrix(&B);
    DestroySMatrix(&C);
    printf("创建矩阵A2: ");
    CreateSMatrix(&A);
    PrintSMatrix(A);
    printf("创建矩阵B3:(行数应与矩阵A2的列数相同=%d)\n",A.nu);
    CreateSMatrix(&B);
    PrintSMatrix(B);
    printf("矩阵C5(A*B): ");
    MultSMatrix(A,B,&C);
    PrintSMatrix(C);
    DestroySMatrix(&A);
    DestroySMatrix(&B);
    DestroySMatrix(&C);
    system("pause");
    return 0;
}