Added Exercise 1
This commit is contained in:
parent
d47274572a
commit
2efdf78052
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@ -51,7 +51,7 @@
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* \param m Length of A.
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* \param m Length of A.
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||||||
* \return Status.
|
* \return Status.
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* */
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* */
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||||||
int householder(double ** A, double * alpha, int n, int m);
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int householder(double ** A, double * alpha, int m, int n);
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||||||
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/*
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/*
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* \brief Computes the solution of and n times n system using a QR partition.
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* \brief Computes the solution of and n times n system using a QR partition.
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@ -79,7 +79,7 @@ int qtb(double ** A, double * alpha, int n, double * b);
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/*
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/*
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*
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*
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* \brief Uses backwards substitution to solve R = Q^Tb.
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* \brief Uses backwards substitution to solve R = Q^Tb. b := Q^Tb has already been calculated.
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*
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*
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* \param A Matrix that has been modified by the function householder.
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* \param A Matrix that has been modified by the function householder.
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* \param alpha Diagonal elements of R, produced by the function householder.
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* \param alpha Diagonal elements of R, produced by the function householder.
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@ -97,11 +97,11 @@ int rw_subs(double ** A, double * alpha, int n, double * b);
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*
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*
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* \param stream The output stream.
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* \param stream The output stream.
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* \param matrix The matrix to print.
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* \param matrix The matrix to print.
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* \param n Length of matrix[i].
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* \param n Length of A[i].
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* \param m Length of matrix.
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* \param m Length of A.
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*
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*
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* */
|
* */
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||||||
int fprintm(FILE * stream, double ** matrix, int n, int m);
|
int fprintm(FILE * stream, double ** matrix, int m, int n);
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||||||
/*
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/*
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||||||
* \brief Print the vector in a nicely formatted way to stream.
|
* \brief Print the vector in a nicely formatted way to stream.
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*
|
*
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@ -112,17 +112,113 @@ int fprintm(FILE * stream, double ** matrix, int n, int m);
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||||||
* */
|
* */
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||||||
int fprintv(FILE * stream, double * vector, int n);
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int fprintv(FILE * stream, double * vector, int n);
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/*
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* \brief Extract R from A and alpha, allocates R dynamically.
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*
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* \param A Marix computed by householder.
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* \param alpha Vector computed by householder.
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* \param m Length of A.
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* \param n Length of A[i].
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* \param R Pointer to the result (unallocated).
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* */
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int unwind_R(double ** A, double * alpha, int m, int n, double *** R);
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/*
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* \brief Extract v from A and alpha, allocates R dynamically.
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*
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|
* \param A Marix computed by householder.
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|
* \param alpha Vector computed by householder.
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||||||
|
* \param m Length of A.
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||||||
|
* \param n Length of A[i].
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||||||
|
* \param v Pointer to the results (unallocated).
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|
* */
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|
int unwind_v(double ** A, int m, int n, double *** v);
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||||||
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#define printm(matrix, n, m) fprintm(stdout, matrix, n, m)
|
#define printm(matrix, n, m) fprintm(stdout, matrix, n, m)
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||||||
#define printv(vector, n) fprintv(stdout, vector, n)
|
#define printv(vector, n) fprintv(stdout, vector, n)
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||||||
int main(void)
|
int main(void)
|
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{
|
{
|
||||||
int status = 0;
|
int status = 0;
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|
int i, j;
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|
int m, n;
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||||||
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// PART a: QR-Partition.
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double A_stack_1[15] = {2, 2.23606797749979, 0
|
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, 2, 3, -1
|
||||||
|
, 2, 3, -1
|
||||||
|
, 1, 0, -1
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||||||
|
, 0, 2.6457513110645907, 5.669467095138408
|
||||||
|
};
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||||||
|
m = 5;
|
||||||
|
n = 3;
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||||||
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double ** A_1 = malloc(sizeof(double *) * m);
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||||||
|
for(i = 0; i < m; i++)
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||||||
|
{
|
||||||
|
A_1[i] = malloc(sizeof(double) * n);
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||||||
|
for(j = 0; j < n; j++)
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|
{
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||||||
|
A_1[i][j] = A_stack_1[n*i + j];
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||||||
|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
double * alpha_1 = malloc(sizeof(double) * m);
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||||||
|
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||||||
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status = householder(A_1, alpha_1, m, n);
|
||||||
|
if(status)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
fprintf(stderr, "failed to compute QR decomposition\n");
|
||||||
|
goto exit;
|
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|
}
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|
double ** R_1, ** vs_1;
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status = unwind_R(A_1, alpha_1, m, n, &R_1);
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||||||
|
if(status)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
fprintf(stderr, "failed to unwind R\n");
|
||||||
|
goto exit;
|
||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
status = unwind_v(A_1, m, n, &vs_1);
|
||||||
|
if(status)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
fprintf(stderr, "failed to unwind v\n");
|
||||||
|
for(i = 0; i < m; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
free(R_1[i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
free(R_1);
|
||||||
|
goto exit;
|
||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
printm(R_1, m, n);
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||||||
|
for(i = 0; i < n; i++)
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||||||
|
{
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||||||
|
printv(vs_1[i], m);
|
||||||
|
free(vs_1[i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
free(vs_1);
|
||||||
|
for(i = 0; i < m; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
free(R_1[i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
free(R_1);
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
exit:
|
||||||
|
if(status)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
fprintf(stderr, "something went wrong\n");
|
||||||
|
}
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||||||
return status;
|
return status;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
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||||||
int householder(double ** A, double * alpha, int n, int m)
|
int householder(double ** A, double * alpha, int m, int n)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
if(n > m)
|
if(n > m)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
|
@ -134,7 +230,7 @@ int householder(double ** A, double * alpha, int n, int m)
|
||||||
* This is just the sample implementation from the
|
* This is just the sample implementation from the
|
||||||
* lecture script.
|
* lecture script.
|
||||||
* */
|
* */
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||||||
for(k = 0; k < mkn(n, m - 1); k++)
|
for(k = 0; k < min(n, m - 1); k++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
alpha[k] = square(A[k][k]);
|
alpha[k] = square(A[k][k]);
|
||||||
|
|
||||||
|
@ -144,7 +240,7 @@ int householder(double ** A, double * alpha, int n, int m)
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
alpha[k] = sqrt(alpha[k]);
|
alpha[k] = sqrt(alpha[k]);
|
||||||
kf(A[k][k] < 0)
|
if(A[k][k] < 0)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
alpha[k] *= -1;
|
alpha[k] *= -1;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
@ -152,11 +248,11 @@ int householder(double ** A, double * alpha, int n, int m)
|
||||||
beta = alpha[k] * (A[k][k] - alpha[k]);
|
beta = alpha[k] * (A[k][k] - alpha[k]);
|
||||||
A[k][k] -= alpha[k];
|
A[k][k] -= alpha[k];
|
||||||
|
|
||||||
for(i = k + 1; i < ; i++)
|
for(i = k + 1; i < n ; i++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
gamma = A[k][k] * A[k][i];
|
gamma = A[k][k] * A[k][i];
|
||||||
|
|
||||||
for(j = k + 1; j < ; j++)
|
for(j = k + 1; j < m; j++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
gamma += A[j][k] * A[j][i];
|
gamma += A[j][k] * A[j][i];
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
@ -174,7 +270,7 @@ int householder(double ** A, double * alpha, int n, int m)
|
||||||
return 0;
|
return 0;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
int fprintm(FILE * stream, double ** matrix, int n, int m)
|
int fprintm(FILE * stream, double ** matrix, int m, int n)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
int i, j, status = 0;
|
int i, j, status = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
@ -182,15 +278,15 @@ int fprintm(FILE * stream, double ** matrix, int n, int m)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
if(i == 0)
|
if(i == 0)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
printf("T ");
|
fprintf(stream, "T ");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
else if(i == m - 1)
|
else if(i == m - 1)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
printf("L ");
|
fprintf(stream, "L ");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
else
|
else
|
||||||
{
|
{
|
||||||
printf("| ");
|
fprintf(stream, "| ");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
for(j = 0; j < n; j++)
|
for(j = 0; j < n; j++)
|
||||||
|
@ -200,17 +296,18 @@ int fprintm(FILE * stream, double ** matrix, int n, int m)
|
||||||
|
|
||||||
if(i == 0)
|
if(i == 0)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
printf("T\n");
|
fprintf(stream, "T\n");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
else if(i == m - 1)
|
else if(i == m - 1)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
printf("J\n");
|
fprintf(stream, "J\n");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
else
|
else
|
||||||
{
|
{
|
||||||
printf("|\n");
|
fprintf(stream, "|\n");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
fflush(stream);
|
||||||
return status;
|
return status;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
@ -222,34 +319,35 @@ int fprintv(FILE * stream, double * vector, int n)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
if(i == 0)
|
if(i == 0)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
printf("T ");
|
fprintf(stream, "T ");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
else if(i == m - 1)
|
else if(i == n - 1)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
printf("L ");
|
fprintf(stream, "L ");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
else
|
else
|
||||||
{
|
{
|
||||||
printf("| ");
|
fprintf(stream, "| ");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
fprintf(stream, "%6.2f ", vector[i]);
|
fprintf(stream, "%6.2f ", vector[i]);
|
||||||
|
|
||||||
if(i == 0)
|
if(i == 0)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
printf("T\n");
|
fprintf(stream, "T\n");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
else if(i == m - 1)
|
else if(i == n - 1)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
printf("J\n");
|
fprintf(stream, "J\n");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
else
|
else
|
||||||
{
|
{
|
||||||
printf("|\n");
|
fprintf(stream, "|\n");
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fflush(stream);
|
||||||
return 0;
|
return 0;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
@ -265,13 +363,13 @@ int qtb(double ** A, double * alpha, int n, double * b)
|
||||||
* */
|
* */
|
||||||
|
|
||||||
int i, j;
|
int i, j;
|
||||||
double x
|
double x;
|
||||||
for(i = 0; i < n; i++)
|
for(i = 0; i < n; i++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
for(j = 0; j < n; j++)
|
for(j = 0; j < n; j++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
x += b[j] * (kronecker_delta(i, j)
|
x += b[j] * (kronecker_delta(i, j)
|
||||||
- 2 * Q[i][i] * Q[i][j]);
|
- 2 * A[i][i] * A[i][j]);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
b[i] = x;
|
b[i] = x;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
@ -282,3 +380,156 @@ int qtb(double ** A, double * alpha, int n, double * b)
|
||||||
int rw_subs(double ** A, double * alpha, int n, double * b)
|
int rw_subs(double ** A, double * alpha, int n, double * b)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
|
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
* In the lecture section 1 about the gaussian algorithm
|
||||||
|
* we have given the following formula:
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* x[j] = 1/A[j][j] * (b[j] - sum(from j + 1 over k to n)(a[j][k]*x[k]))
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* So loop from k = n to 1 to avoid recursion and
|
||||||
|
* substitute the content of b with the solution.
|
||||||
|
* */
|
||||||
|
int j, k;
|
||||||
|
double tmp;
|
||||||
|
// Note: indices start at 0.
|
||||||
|
for(j = n - 1; j >= 0; j--)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Note: we start from k + 1, so there are no
|
||||||
|
// diagonal elements of A contained.
|
||||||
|
for(k = j + 1; k < n; k++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
tmp += b[k] * A[j][k];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// A[j][j] = alpha[j].
|
||||||
|
b[j] = (b[j] - tmp) / alpha[j];
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
int solve_QR(double ** A, double * alpha, int n, double * b)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if(qtb(A, alpha, n, b))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if(rw_subs(A, alpha, n, b))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
int unwind_R(double ** A, double * alpha, int m, int n, double *** R)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double ** result = malloc(sizeof(double *) * m);
|
||||||
|
int i, j;
|
||||||
|
int have_to_free_all = 0;
|
||||||
|
if(!result)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Allocate the memory.
|
||||||
|
for(i = 0; i < m; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
result[i] = malloc(sizeof(double) * n);
|
||||||
|
if(!result[i])
|
||||||
|
{
|
||||||
|
have_to_free_all = 1;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Out of Memory.
|
||||||
|
if(have_to_free_all)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
for(j = 0; j < i; j++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
free(result[i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
free(result);
|
||||||
|
return 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Alloc is OK.
|
||||||
|
// Calculate the result.
|
||||||
|
for(i = 0; i < m; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
for(j = 0; j < n; j++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if(i > j)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
result[i][j] = 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if(i == j)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
result[i][j] = alpha[j];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if(i < j)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
result[i][j] = A[i][j];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
*R = result;
|
||||||
|
return 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
int unwind_v(double ** A, int m, int n, double *** v)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// We have n vectors.
|
||||||
|
double ** result = malloc(sizeof(double *) * n);
|
||||||
|
int i, j;
|
||||||
|
int have_to_free_all = 0;
|
||||||
|
if(!result)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Allocate the memory.
|
||||||
|
for(i = 0; i < n; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// They are m long.
|
||||||
|
result[i] = malloc(sizeof(double) * m);
|
||||||
|
if(!result[i])
|
||||||
|
{
|
||||||
|
have_to_free_all = 1;
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break;
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}
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}
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// Out of Memory.
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if(have_to_free_all)
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{
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for(j = 0; j < i; j++)
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{
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free(result[i]);
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}
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free(result);
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return 1;
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}
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// Alloc is OK.
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// Calculate the result.
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for(i = 0; i < m; i++)
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{
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for(j = 0; j < n; j++)
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{
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if(i > j)
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{
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result[j][i] = 0;
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}
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||||||
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else
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{
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result[j][i] = A[j][i];
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|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
}
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*v = result;
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return 0;
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|
}
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