Курсовая работа: Программирование действий над матрицами на языке С++

Возможно вы уже сталкивались с такой проблемой, что массивы в с++ имеют ограниченный размер, а мы точно не знаем количество элементов, необходимое в массиве. В таких случаях необходимо использовать динамическое программирование. Т.е. выделять память под элементы массива при необходимости добавить какой-либо элемент. В принципе, в с++ это можно реализовать вручную, но зачем? если есть специальный класс - vector. Он позволяет создавать нам массивы переменной длины в зависимости от ситуации.

Для работы с вектором необходимо подключить заголовочный файл:

#include "vector"

Объявить рабочую область:

После этого вектор необходимо объявить, это можно сделать двумя способами.

vector< int > vArray1; vector< int > vArray2(30);

В первом случае указывается пустой вектор, а во втором начальный размер.

Можно получать информацию о параметрах вектора:

·  size() - сколько данных храниться

·  capacity() - сколько может храниться до изменения размера

·  max_size() - максимальный размер обычно равен наиболее большому доступному блоку памяти

Перегрузка операторов — в программировании — один из способов реализации полиморфизма, заключающийся в возможности одновременного существования в одной области видимости нескольких различных вариантов применения оператора, имеющих одно и то же имя, но различающихся типами параметров, к которым они применяются.

Реализация

Перегрузка операций предполагает введение в язык двух взаимосвязанных особенностей: возможности объявлять в одной области видимости несколько процедур или функций с одинаковыми именами и возможности описывать собственные реализации операций (то есть знаков операций, обычно записываемых в инфиксной нотации, между операндами). Принципиально реализация их достаточно проста:

Перегрузка операций предполагает введение в язык двух взаимосвязанных особенностей: возможности объявлять в одной области видимости несколько процедур или функций с одинаковыми именами и возможности описывать собственные реализации операций (то есть знаков операций, обычно записываемых в инфиксной нотации, между операндами).

Иногда возникает потребность описывать и применять к созданным программистом типам данных операции, по смыслу эквивалентные уже имеющимся в языке. Классический пример — библиотека для работы с комплексными числами. Они, как и обычные числовые типы, поддерживают арифметические операции, и естественным было бы создать для данного типа операции «плюс», «минус», «умножить», «разделить», обозначив их теми же самыми знаками операций, что и для других числовых типов. Запрет на использование определённых в языке элементов вынуждает создавать множество функций с именами вида ComplexPlusComplex, IntegerPlusComplex, ComplexMinusFloat и так далее.

Когда одинаковые по смыслу операции применяются к операндам различных типов, их вынужденно приходится называть по-разному. Невозможность применять для разных типов функции с одним именем приводит к необходимости выдумывать различные имена для одного и того же, что создаёт путаницу, а может и приводить к ошибкам. Например, в классическом языке Си существует два варианта стандартной библиотечной функции нахождения модуля числа: abs() и fabs() — первый предназначен для целого аргумента, второй — для вещественного. Такое положение, в сочетании со слабым контролем типов Си, может привести к труднообнаруживаемой ошибке: если программист напишет в вычислении abs(x), где x — вещественная переменная, то некоторые компиляторы без предупреждений сгенерируют код, который будет преобразовывать x к целому путём отбрасывания дробной части и вычислять модуль от полученного целого числа!

Отчасти проблема решается средствами объектного программирования — когда новые типы данных объявляются как классы, операции над ними могут быть оформлены как методы классов, в том числе и одноимённые (поскольку методы разных классов не обязаны иметь различные имена), но, во-первых, оформление подобным образом операций над значениями разных типов неудобно, а во-вторых, это не решает проблему создания новых операторов.

Средства, позволяющие расширять язык, дополнять его новыми операциями и синтаксическими конструкциями (а перегрузка операций является одним из таких средств, наряду с объектами, макрокомандами, функционалами, замыканиями) превращают его уже в метаязык — средство описания языков, ориентированных на конкретные задачи. С его помощью можно для каждой конкретной задачи построить языковое расширение, наиболее ей соответствующее, которое позволит описывать её решение в наиболее естественной, понятной и простой форме. Например, в приложении к перегрузке операций: создание библиотеки сложных математических типов (векторы, матрицы) и описание операций с ними в естественной, «математической» форме, создаёт «язык для векторных операций», в котором сложность вычислений скрыта, и возможно описывать решение задач в терминах векторных и матричных операций, концентрируясь на сути задачи, а не на технике. Именно из этих соображений подобные средства были в своё время включены в язык Алгол-68.

Чтобы разрешить существование нескольких одноимённых операций, достаточно ввести в язык правило, согласно которому операция (процедура, функция или оператор) опознаются компилятором не только по имени (обозначению), но и по типам их параметров. Таким образом, abs(i), где i объявлено как целое, и abs(x), где x объявлено как вещественное — это две разные операции. Принципиально в обеспечении именно такой трактовки нет никаких сложностей.

Чтобы дать возможность определять и переопределять операции, необходимо ввести в язык соответствующие синтаксические конструкции. Вариантов их может быть достаточно много, но по сути они ничем друг от друга не отличаются, достаточно помнить, что запись вида «<операнд1> <знакОперации> <операнд2>» принципиально аналогична вызову функции «<знакОперации>(<операнд1>,<операнд2>)». Достаточно разрешить программисту описывать поведение операторов в виде функций — и проблема описания решена.

2. Проектирование и этапы разработки

2.1 Постановка задачи

Задача заключается в создании динамического класса для работы с матрицами.

Чтение матриц происходит из файлов в котором они находятся, и после решений все полученные результаты выводятся в другой файл.

Интерфейс.

Интерфейс представлен примитивным меню в котором пользователь выбирает действие. При не открытии одного из файлов выводится ошибка, при успешное выполнение выводится сообщение об успехе.

2.2 Средства разработки

В качестве средства разработки выбран MS Visual Studio 2008 Express.

2.3 Описание процесса компиляции и запуска программы

Для компиляции программы используется IDE MS Visual Studio. В папке с проектом должны присутствовать файлы: file1.txt, file2.txt, file3.txt

Скомпиллированная программа состоит из следующих файлов:

1) папка cnf (конфигурационные файлы);

2) matrix.exe (исполняемый файл);

3. Реализация

3.1 Структура программы

Программа содержит компоненты, отвечающие за:

1) интерфейс,

2) математическую логику,

3) взаимодействие объектов класса,

4) перегрузку операторов.

3.2 Структура класса

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы была получена работоспособная программа, удовлетворяющая начальному заданию.

В ходе разработке были проанализированы и использованы следующие технологии:

1) Stl;

2) потоков данных;

3) перегрузка операторов;

В качестве дальнейшего совершенствования программы представляется возможным увеличение функциональности класса и интерфейса (с целью увеличения информативности).

Литература

1.  Свободная энциклопедия http://ru.wikipedia.org/

2.  Книга У. Форд, У. Топп «Структура данных в С++» ООО «Бином-Пресс»2006г.

3.  Беллман Р. Введение в теорию матриц. - М.: Мир, 1969.

4.  Курош А.Г.Курс высшей алгебры: Учебник для вузов 15-е изд., стереотип. - М.: Лань, 2006. - 432 с.

5.  Дж. Голуб, Ч. Ван Лоун Матричные вычисления. - М.: Мир, 1999.

6.  Сайт «Знакомимся с вектором». http://www.cyberguru.ru/

7.  Б. Страуструп. «Язык программирования C++. Специальное издание.», 2004 г.

Приложение. Исходный код программы. Заголовочные файлы.

1.  matrix.h

#pragma once

#include <list>

#include <vector>

#include <iostream>

using std::vector;

using std::cout;

using std::istream;

using std::ostream;

class _matrix

{

private:

vector< vector<float> > vvf;

int stroka;

int stolbec;

public:

_matrix() {};

_matrix(int str, int stolb)

{

stroka = str;

stolbec = stolb;

vvf.resize(stroka, vector<float>(stolbec));

Страницы: 1, 2, 3