标签：hot ctrl 方便 rom 二维 图解 lease 价值 bit
（如果觉得格式看不下去请移步：洛咕）
矩阵求逆是个有趣（但暂且不知道有什么神奇运用）的东西，
不过矩阵这玩意儿貌似和线性代数以及向量之类的东西相关，所以学了绝对不亏
xiao
另外，本篇blog 并不一定毫无错误，甚至可能会有些理解上的小偏差，所以请各位观看的神仙及时指出好让作者修改精进，谢谢。
还有矩阵求逆的两种方法将会放在最后讲解
想要学会矩阵求逆的话，首先你得了解几个关于矩阵的概念以及名称的含义
（当然如果你知道这些概念的话可以直接往下跳）
下图是一个三阶矩阵：
\[[\begin{matrix}1&2&3\\4&5&6\\7&8&9\end{matrix}]\]
注意，这里两边的中括号包含所有的 \(9\) 个数字。
（即左括号与\(1\)、\(4\)、\(7\)同高，右括号与\(3\)、\(6\)、\(9\)同高，下同）
【在洛谷用 \(LaTeX\) 表示矩阵我最多也就做成这样了 _(:з」∠)_ 】
从这个例子中我们可以看出：一个** 3 行 3 列的矩阵叫做 3 阶矩阵**
具体来讲我们管 \(n*n\) 的矩阵叫做 \(n\) 阶矩阵
（下文逆矩阵部分中不加说明的一般就是 \(n\) 阶的矩阵）
但如果有一个矩阵是 \(2*3\) 的，那么我们称它为 \(2*3\) 阶矩阵
更具体的说，对于 \(n*m\ (n\not=m)\)的矩阵，我们称它为 \(n*m\) 阶矩阵
对于 \(A\)、\(B\) 两个矩阵相加，即矩阵 \(A+B\) ，这个运算的结果就是所有位置上的数一 一对应相加后所得到的矩阵。
那么 \(A\)、\(B\) 两个矩阵可以进行加法运算的条件就是两矩阵同阶（关于阶的概念就在上面）
举个例子：
\[[\begin{matrix}1&2&3\\4&5&6\\7&8&9\end{matrix}] + [\begin{matrix}2&3&5\\6&7&6\\8&3&2\end{matrix}]=[\begin{matrix}1+2&2+3&3+5\\4+6&5+7&6+6\\7+8&8+3&9+2\end{matrix}]=[\begin{matrix}3&5&8\\10&12&12\\15&11&11\end{matrix}]\]
可以看出，这就是简单的加法。
文字描述一下就是：
我们首先将将两个矩阵所有位置一 一对应，
然后我们将各个位置上的两个数相加，
最后将得到的值放回原位置，形成新的矩阵，
并且我们可以得到几个朴素的性质：
1.结合律： \(A+(B+C)=(A+B)+C\)
2.交换律： \(A+B=B+A\)
然后矩阵加法相关的题，我还真没见到过...
至于矩阵减法的运算也与加法类似
这玩意儿详细讲的话又可以写一篇博客了。（比如什么快速幂啊、构造矩阵啊、递推加速啊还有一堆习题什么的。。。）
于是这里我就讲讲一点概念。
首先， \(A*B\) 不是随便就能乘的，是要有条件的（和加法类似）
两个矩阵 \(A\)、\(B\) 可以进行乘法运算的条件就是** \(A\) 的列数与 \(B\) 的行数相等**
举个例子（\(2*2\)阶 \(\times\) \(2*2\)阶 的矩乘好了）：
\[[\begin{matrix}1&2\\4&3\end{matrix}] \times [\begin{matrix}5&3\\2&1\end{matrix}]=[\begin{matrix}1*5+2*2&1*3+2*1\\4*5+3*2&4*3+3*1\end{matrix}]=[\begin{matrix}9&5\\26&15\end{matrix}]\]
然鹅这个例子并不能清晰的看出运算法则，于是我们用字母代替数字：
\[[\begin{matrix}a&b\\c&d\end{matrix}] \times [\begin{matrix}e&f\\g&h\end{matrix}]=[\begin{matrix}a*e+b*g&a*f+b*h\\c*e+d*g&c*f+d*h\end{matrix}]\]
那么用文字描述的话就是：
我们选定矩阵 A 的第 i 行以及矩阵 B 的第 j 列，
将他们取出来一 一相乘得到一个值，
然后将该值作为结果矩阵第 i 行第 j 列的值，
重复以上步骤后我们最终就可以得到一个新矩阵
此外，矩阵乘法也满足一些性质：
1.结合律： \(A*(B*C)=(A*B)*C\)
2.
交换律（不满足）： \(A*B != B*A\)
为什么不满足交换律？证明很简单。
一个\(2*3\)阶矩阵\(\times\) \(3*2\)阶的矩阵结果是\(2*2\)阶的矩阵，
但是交换后呢？结果就变成了\(3*3\)阶的矩阵，连阶数都不一样了
3.分配律： \(A*(B+C)=A*B+A*C\)
分配律的证明不难（甚至可以硬推），就留给读者自己证明了
那么矩乘有什么意义？你问我我问谁
咳咳。这里就涉及到了另一个芝士：多维向量的乘积可以由矩乘运算得到
此外，矩乘还有一些其他的实际应用吧，这里我们就不做深究了
至于矩乘的代码呢，还是经常要用的，于是下面给出（结构体代码）
struct matrix{ ll a[M][M];
ll* operator [](int x){ return a[x]; }
matrix operator *(matrix& b){
static matrix c;
for(int i=1;i<=3;++i)
for(int j=1;j<=3;++j)
c[i][j]=0;
for(int i=1;i<=3;++i)
for(int j=1;j<=3;++j)
for(int k=1;k<=3;++k)
c[i][j]+=a[i][k]*b[k][j],c[i][j]%=mod;
return c;
}
inline void print(){
for(int i=1;i<=n;++i,putchar('\n'))
for(int j=1;j<=n;++j,putchar(' '))
putchar('0'+a[i][j]);
}
}F,T;emmm...这里扯点别的，就是关于 [ ] 的重载。
这里重载[ ] 之后，我们就可以直接像用数组一样地调用结构体了
比如 原来的 \(F.a[i][j]\) 我们可以直接写成 \(F[i][j]\) 了
但如果结构体里面的数组 \(a\) 是一维的话，重载就要变成以下格式：
ll& operator [](int x){ return a[x]; }
这里其实就是 \(*\) 改成了 \(\&\) 。
至于多维的数组，那就是将单个 \(*\) 号改做 (维数\(-1\)) 个 \(*\) ,比如三维的数组就是写作 \(ll^{**}\)
那么学会了结构体封装矩乘后，我们的快速幂就基本是和平常的快速幂一样打的，代码也不再给出
这里还有一种矩阵乘法叫做数乘，就是一个实数乘以一个矩阵，结果其实就是矩阵中的每个元素乘上这个常数，这里就不详解了
矩乘讲完了。\(but\)，说完乘法你是不是想到了除法？emmm...
矩除？不存在的。最多是乘以它的逆矩阵？
于是下面进入逆矩阵部分了
我们将单位矩阵写作 E ，并且单位矩阵都是 \(n\) 阶矩阵
比如一个 \(3\) 阶的单位矩阵长这样：
\[[\begin{matrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&1\end{matrix}]\]
如上，单位矩阵就长这样。
那么单位矩阵满足什么性质呢？
1.一个矩阵乘上单位矩阵结果是它本身： \(A*E=A\)
emmm...就这一个性质比较常见。你可以将单位矩阵类比自然数 1 。
对于一个矩阵 \(A\) ，我们将它的逆矩阵写作 \(A'\) 或者 \(A^{-1}\)
那么逆矩阵满足什么性质？
1.矩阵 \(A\) \(\times\) 它的逆矩阵 \(A^{-1}\) 的结果是单位矩阵 E ： \(A*A^{-1}=E\)
从这里我们可以看出，逆矩阵与乘法逆元倒有些相似之处
其实逆矩阵还有一个性质，等下就会讲到了。
emmm...原本是本博客重头戏的逆矩阵，篇幅就这么短...还给自己当广告位了
阶梯型矩阵其实就是一个矩阵 \(A\) 经过矩阵初等变换的洗礼后得到梯形矩阵。
(其实上面是一般矩阵的阶梯型矩阵定义，对于 n 阶矩阵，它的阶梯型矩阵一般是一个上三角...)
阶梯型矩阵满足条件：每行的不为零的首元按标号呈升序。（百科上的，貌似也不难理解）
举个例子：
\[[\begin{matrix}9&5&3&4\\0&6&1&5\\0&0&3&2\\0&0&0&8\end{matrix}]\]
注意，阶梯型矩阵每行首元不一定为 \(1\) ，更没有强制为 \(1\) ，每行首元为 \(1\) 的矩阵并不是阶梯型矩阵，仅仅是高斯消元中用来求方程组的解所用的矩阵，首元为 \(1\) 是为了方便求解，请读者不要将两个东西混为一谈，真正的阶梯型矩阵仅使用矩阵初等变换即可解出，这里稍微提一下。
那么阶梯型矩阵怎么求呢？ \(that's a question.\)
我只能说，了解一下高斯消元吧！【模板】高斯消元法：点这里
尽管上面说了，阶梯型矩阵严格来讲并不是通过高斯消元求解的，但是与高斯消元的还是有很多相似的运算的
几何意义上来讲（其实就是线性代数角度吧？），一个矩阵的秩（rank）代表这个矩阵能够跨越的维度数（没错，就是说秩为 \(x\) 的矩阵通过每个元素乘以一个实数后可以表示任意的 \(x\) 维向量）
矩阵的秩与线性相关这一概念联系非常大
这里有两句关于行秩和列秩的解释：
一个矩阵A的列秩是A的线性独立的纵列的极大数
一个矩阵A的行秩是A的线性独立的横行的极大数
emmm...百度百科貌似都是写给懂的人看的（谁 \(TM\) 懂线性相关还不会矩阵的啊！）
行秩和列秩的话，通俗来讲是这样的：
将矩阵做初等行变换后，非零行的个数叫行秩
将其进行初等列变换后，非零列的个数叫列秩
那么你可以理解为一个矩阵的阶梯型矩阵中非零行数 就是行秩，列秩同理（阶梯型矩阵上文刚刚讲完）。
那么我们可以看出，一个矩阵的行秩与列秩必然相等。
为什么？你试试将一个矩阵对角线翻转一下不就好了？（哎呀这不是矩阵的转置么，等会儿会讲的）
假如说一个矩阵的秩等于它的阶，那么就说这个矩阵满秩。
那么如果一个矩阵的秩小于他的阶，那么这个矩阵被称为奇异矩阵。
所以如果一个矩阵的秩大于它的阶呢？咳咳，这种情况不存在，秩数最多等于阶数。
那么如何计算一个矩阵的秩数？我们可以用定义法求解，就是像上面说的将原矩阵化作阶梯型矩阵然后计算出非零行数。
但如果是小数据的人工计算的话，你可以依据矩阵中有多少行不能由矩阵的其他行变换得到，来求解矩阵的秩（这不是和求解阶梯型矩阵差不多么）
举个例子：
\[[\begin{matrix}1&2&3\\2&2&4\\5&6&11\end{matrix}]\]
这个矩阵中的第三行就可以通过：(第一行\(\times 1\) + 第二行 \(\times 2\)) 得到
\[[\begin{matrix}1&2&3\\2&2&4\\0&0&0\end{matrix}]\]
如果一个矩阵长上面这样，那么这个矩阵的第三行其实也是可以通过其他行乘上 \(0\) 得到的，所以这个矩阵是线性相关的
这么讲，如果矩阵的某一行可以由其他行拼凑而成的话，那其实我们可以看出这一行元素在线代角度看对更高维向量的表示是没有用的，因为它可以由其他行元素拼出来，没有什么存在的价值
这也就是线性相关的大致概念了（话说线性基里面好像也有线性相关来着，如果你会线性基理解起来会轻松很多吧）
那如果我只是判断当前矩阵是否满秩，或者是否是奇异矩阵呢？这样的话，我们除了上面直接把秩数求出来之外，还有一种方法，就是求行列式，关于行列式的求解就在下一节。
对于一个矩阵 \(A\) ，它的行列式记作 \(|A|\)
举个例子，3阶的行列式的运算是这样的：
\[|A|=|\begin{matrix}a&b&c\\d&e&f\\g&h&i\end{matrix}|\]
行列式有着它的几何意义（还是线性代数上的），
就是说 某个矩阵 乘上矩阵 \(A\) ，其有向体积将会扩大为原来的 \(|A|\) 倍（准确来说不能讲体积，这个我也不知如何形容，请感性理解）
然后注意这里的体积是有向的（就是说体积有可能神奇的取到负值）。
举个例子，一个 \(2\) 阶矩阵 \(A\) 的行列式是 \(|A|\)，那么某个矩阵乘上 \(A\) 后（当然是满足相乘条件的情况下），这个矩阵在线性代数的平面内表示的面积将会扩大 \(|A|\) 倍（也就是面积乘上了\(|A|\)）
至于 \(3\) 阶矩阵 \(A\) ，某矩阵乘上它后，体积就会扩大 \(|A|\) 倍。
还有行列式的用途，这个其实就是上面提及的，判别矩阵是否满秩（或者是否是奇异矩阵）
这个嘛...意会了就觉得不是很难，这里给出两个例子聪明的你应该就能看懂了
二阶行列式就是左下右上减右上左下嘛...
这个二阶的行列式运算还是蛮有意义的（前方线代高能预警！）
其实这个运算就相当于两个二维向量的叉积
所谓叉积的几何意义其实就是两个向量在二维平面上围出的平行四边形的面积，这个看完视频很快就会懂了
那么在这里，我是用行列展开求解的。具体的运算方法得到余子矩阵那里讲（额，剧透了）
不过你可以先看看图解：
..........
..........
emmm...对于三阶矩阵的行列式运算，还有一种方法，叫做对角线法则，但很遗憾，对角线法则仅适用于二、三阶矩阵的行列式运算。
下图就是对角线法则的图解，其中实线是加，虚线是减：
然后求解行列式的话一般来说最多也就让你求二阶或者三阶的，阶再高的话就是计算机的事儿了
另外讲讲同学说的做法，\(TA\) 的做法是这样的：
考虑每行取一个元素，且最终取出的 \(n\) 个元素任意两个不在同一列，然后这 \(n\) 个数相乘，之后就是一些加减运算了，至于对行列式贡献的正负性，貌似是选出元素相对位置的逆序对个数的奇偶性决定的，咳咳。。。
然后下面是图解：
当然我们可以看出这个方法复杂度有点高，是 \(O(n!\times n \log n)\) 的，所以这是人工求的时候才可能采用的方法。
之前说矩阵的时候有讲到过这个东西，在这里的作用其实也就是将原矩阵转换成一个上三角矩阵（没错，还是上文说的阶梯型矩阵！），当我们求出了这个上三角矩阵（阶梯型矩阵）对角线上所有元素的乘积就是原矩阵的行列式值了
这里说是初等行列变换，但网上都说这是高斯消元求解行列式，emmm...但是行列式的计算不能直接用到数乘的啊！
如果要问为什么的，你可以想想，假如是一阶矩阵（不为 \(0\)），那么它随便乘上一个数，行列式就已经改变了，所以单一行的转换是不能用到数乘的。
所以请注意：初等行列变换不包含数乘（关于矩阵数乘的概念在第二节中已经讲过了）
那么这个高斯消元法行列变换的算法就不详细讲解了，读者可以到这个博客里面去看，这个作者已经写的很详细了，另外那些性质什么的这个博客里面也有（甚至逆序对求法也讲了一丢丢），本博客就不再给出，以节省博客篇幅主要是作者懒
然后这个算法的复杂度？ \(O(n^{3})\) 吧...
还有，行列式这块对于矩阵比较重要，所以建议这个东西要至少理解七八成。
鉴于作者有自知之明，知道自己讲的肯定没有那么生动（毕竟是文字描述），那么就附上一个 B 站上的视频，好让读者们更好理解行列式：
而对于之前提到的秩呢，这个概念同样很重\((nan)\)要\((dong)\)，毕竟是和线性相关有联系的，所以也附上个 B 站上的视频：
然后这俩视频是在一个系列里面的，所以别的部分的内容你也可以看看(顺便练练英语听力)，总之建议把整个系列都看完啦~
记得想学伴随矩阵的求法时看到了一个“矩阵三连”，特别有意思：伴随矩阵是余子矩阵的转置矩阵。
\(woc\)，三个里面没有一个会的，怎么办，我还有救么...（这时候好想开个\(Venus\)三连：跳起来，敌敌畏，膜膜膜）
咳咳，之后我就了解了下这三个矩阵的概念。
我们将矩阵** \(A\) 的转置矩阵写作 \(A^{T}\)**
转置矩阵这玩意儿其实非常好理解。
一个矩阵的转置矩阵其实就是它 \((i,j)\) 位置上的数与 \((j,i)\) 位置上的数交换了一下。
举个例子：
\[[\begin{matrix}6&3&5&4\\2&6&1&3\\3&7&1&2\\2&4&4&7\end{matrix}]\]
转置之后是这样的：
\[[\begin{matrix}6&2&3&2\\3&6&7&4\\5&1&1&4\\4&3&2&7\end{matrix}]\]
还是不明显的话，用字母表示一下：
\[[\begin{matrix}a&b&c&d\\e&f&g&h\\i&j&k&l\\m&n&o&p\end{matrix}]\]
经过转置：
\[[\begin{matrix}a&e&i&m\\b&f&j&n\\c&g&k&o\\d&h&l&p\end{matrix}]\]
这下我们就可以清楚的看到：转置矩阵其实就是将原矩阵左下、右上对角线翻转了一下罢了。
所以矩阵转置完有什么用？我也想知道啊！
结论：矩阵转置是用来做题的，只对矩阵各种转换有用，于是不用在意它的意义
此外，一个** \(n*m\) 阶的普通矩阵的转置也是右上左下翻转，转置后的矩阵为一个 \(m*n\) 阶的矩阵**
我们将矩阵** \(A\) 的伴随矩阵写作 \(A^{*}\)** （不是那个搜索算法啦 【笑哭）
但对于这玩意儿我只知道它的定义以及一些性质，至于求法？emmm...
一个矩阵 \(A\) 的伴随矩阵要满足一下性质：
\[A\times A^{*}=|A|\times E\]
就是说 \(A\) 乘上它的伴随矩阵 \(A^{*}\) 之后，结果是单位矩阵 \(E\) 的 \(|A|\) 倍
其次，伴随还满足一系列性质：
1.如上，\(A\times A^{*}=|A|\times E\)
2.\(A\) 的伴随矩阵为其逆矩阵的 \(|A|\) 倍： \(A^{*}=|A|\times A^{-1}\)
3.原矩阵和伴随矩阵之间秩的关系：
当 \(rank(A) = n\) 时, \(rank(A^{*}) = n\)
当 \(rank(A) = n-1\) 时, \(rank(A^{*}) = 1\)
当 \(rank(A) < n-1\) 时, \(rank(A^{*}) = 0\)
4.原矩阵和伴随矩阵之间行列式的关系： \(|A^{*}|=|A|^{n-1}\)
5.当原矩阵可逆时，伴随矩阵可逆：\(?B=A^{-1} ? ?C=(A^{*})^{-1}\)
第二个性质就是之前讲逆矩阵的时候没说说的性质，这个性质很好证吧？因为有第一个性质啊！
第三个性质，死记吧...
第五个性质的话可以运用第三个性质证明...满秩的矩阵肯定存在逆矩阵嘛...
emmm...其实这里是有证明的啦：
\(A^{-1}=\dfrac{A^{*}}{|A|}\)
\(|A^{-1}|=|\dfrac{A^{*}}{|A|}|\)
\(\dfrac{1}{|A|}=(\dfrac{1}{|A|})^{n}\times |A^{*}|\) （在这里第四个性质已经证明出来了）
$|A^{}| \not= 0 ? ?C = (A^{})^{-1} $
emmm...这里我们考虑第三步是怎么转换到第四步的：
其实很简单，我们考虑 \(\dfrac{1}{|A|}\) 对 \(|A^{*}|\) 的贡献，
在这里，\(\dfrac{1}{|A|}\) 使得 \(|A^{*}|\) 缩小了多少？
emmm...考虑行列式的计算时这个值产生的贡献
其实就是减少到了原来的 \((\dfrac{1}{|A|})^{n}\) 啊。
严谨地说，就是考虑 \(A^{*}\) 的每个元素都乘上了 \(\dfrac{1}{|A|}\)，那么在计算\(\dfrac{A^{*}}{|A|}\) 这个新矩阵的行列式时，考虑 8.行列式 中所言，\(\dfrac{1}{|A|}\) 在每一项成绩中都计算了 \(n\) 次，所以最终 \(A^{*}\)的行列式减小到了原来的 \((\dfrac{1}{|A|})^{n}\)
不过这里还是有个性质没讲，就是伴随矩阵是余子矩阵的转置矩阵什么的，但这个不重要，学完余子矩阵之后你强行代数也可证明。
回到之前说的，伴随矩阵的求法。这个的话，你会逆矩阵的求法就能解出伴随矩阵了（不难懂吧）
但还有另一个求法，不过要用代数余子式求，那就是接下来的内容了
其实你看懂了行列式的话这里就很好理解了。
首先，余子式是对于矩阵 \(A\) 中的一个元素 \(A_{i,j}\) 而言的一个数值（标量），而余子矩阵则是** \(A\) 中所有元素的余子式**所构成的一个新矩阵。
那么如何计算矩阵元素 \(A_{i,j}\) 的余子式呢？
方法就是： 先将原矩阵 \(A\) 的第 \(i\) 行、第 \(j\) 列消掉，然后求剩下的 \(n-1\) 阶矩阵的行列式，这样我们就得到了 \(A_{i,j}\) 的余子式，这时如果将这个元素的余子式乘上 \((-1)^{i+j}\times A_{i,j}\) ，求得的值就是 \(A_{i,j}\) 的代数余子式，并且由原矩阵中所有元素代数余子式构成的矩阵就是原矩阵的代数余子式矩阵（之前说余子矩阵可以认为是这玩意儿的缩写），而它的转置矩阵就是上一节说的伴随矩阵了
但是证明呢？为什么余子式矩阵的转置矩阵就是伴随矩阵了？这个你可以用定义来解：
由于行列式等于某一行所有元素与其对应代数余子式的乘积之和，
又因为伴随矩阵的定义就是与原矩阵相乘结果为单位矩阵的行列式倍，
所以这时我们可以将余子矩阵转置一下，让它的任意一行元素以列的方式排布，
然后就可以和原矩阵愉快地乘起来，得到定义中的单位矩阵的行列式倍的矩阵了。
至于更加详细的证明推导，就留给读者吧
emmm...所以这就是上文伴随矩阵中说的另一种求法啦
那么在 8.行列式 中作者提到的行列展开其实就是用到了代数余子式这个东西，毕竟2阶矩阵的行列式还是好算的嘛
但是为什么代数余子式能够用来求行列式呢？这是个问题，但作者太菜了解决不了，如果你感兴趣的话可以花些时间强行代数证明一下加深影响，或者就是背个结论就好了
从上面我们可以看出，用代数余子式求解行列式是非常非常烦的一件事（虽说对于小型矩阵尤其是三阶的还是很方便的），这个算法的复杂度已经高达 \(n!\) 了！所以一般来讲用初等行列变换求行列式才是明智的选择。
不过这个方法还是可以用来娱乐一下的，比如这里有一份网上来的代码，我就加了点常数优化什么的。
//by Judge
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int **array = NULL,m;
int** pArray(int **array, int m) {
for (int i = 0,j; i < m; ++i,puts("||"))
for (printf("||")j = 0; j < m; ++j)
printf("%d\t", array[i][j]);
return array;
}
int** inputArray(int** array, int m) {
for (int i = 0,j; i < m; ++i,puts("||"))
for (printf("||"),j = 0; j < m; ++j)
cin >> array[i][j];
return array;
}
double calMatrix(int ** temp, int m) {
int **Matrix = NULL,i; double result=0;
if (m == 1) return temp[0][0];
if (m == 2) return temp[0][0]*temp[1][1]-temp[0][1]*temp[1][0];
for (i = 0; i < m; ++i) {
Matrix = (int**)malloc(sizeof(int *)*(m-1));
for (int k = 0; k < m - 1; ++k)
Matrix[k] = (int *)malloc(sizeof(int)*(m - 1));
for (int k = 1,a=0; k < m&&a<m-1; ++k,++a)
for (int j = 0,b=0; j < m&&b<m-1; ++j)
if(i^j) Matrix[a][b++] = temp[k][j];
result+=temp[0][i]*pow(-1,i)*calMatrix(Matrix,m-1);
} return result;
}
int main() {
printf("please input the matrix order:\n");//输入矩阵阶数
cin >> m,array = (int**)malloc(sizeof(int*)*m);
for (int i = 0; i < m; ++i)
array[i] = (int*)malloc(sizeof(int)*m);
printf("input the array:\n");
inputArray(array, m);
// printf("the array you input:\n"); //输出输入的矩阵
// pArray(array, m),puts("");
puts("the value of the matrix is: ");
cout<<calMatrix(array, m)<<endl; //输出行列式
return system("pause"),0;
}有点工程级别的感觉...
话说这个仅供娱乐（千万别拿去交了，交了八成就是 \(T\) 飞）
然后这些基础知识就大概是告一段落了，接下来就愉快的开始矩阵求逆啦~
这个方法非常的常见，矩阵求逆板子题题解里随便抽一篇就是高斯解法
实际上的做法（以及原理）上面也说了一半多了，求解的第一步就是将原矩阵化成阶梯型矩阵，然后还是各种朴素运算将消成单位矩阵
就直接先上例子好了，假设我们要求逆的矩阵如下：
\[[\begin{matrix}2&2&3\\1&-1&0\\-1&2&1\end{matrix}]\]
首先我们将原矩阵与一个单位矩阵放在一起：（为了看的清楚一点，我将两个矩阵分开了一点）
\[[\begin{matrix}2&2&3&&1&0&0\\1&-1&0&&0&1&0\\-1&2&1&&0&0&1\end{matrix}]\]
然后我们方便起见可以将第一行和第二先换一下：（注意，这里和之前提到高斯消元求法不一样，现在交换了的两行最后不需要换回来）
\[[\begin{matrix}1&-1&0&&0&1&0\\2&2&3&&1&0&0\\-1&2&1&&0&0&1\end{matrix}]\]
接着我们通过初等行列变换让第二行和第三行的首个元素变为 \(0\) ：
\[[\begin{matrix}1&-1&0&&0&1&0\\0&4&3&&1&-2&0\\0&1&1&&0&1&1\end{matrix} ]\]
之后我们发现将第三行和第二行交换后更利于计算，那就交换一下：
\[[\begin{matrix}1&-1&0&&0&1&0\\0&1&1&&0&1&1\\0&4&3&&1&-2&0\end{matrix}]\]
然后用初等变换继续消元：
\[[\begin{matrix}1&-1&0&&0&1&0\\0&1&1&&0&1&1\\0&0&-1&&1&-6&-4\end{matrix}]\]
然后第三行乘上\(-1\)：（话说之前不是说只能初等变换的么...额，这里不一样，你这么理解吧，毕竟我们的目的是将当前矩阵求逆而不是求行列式，性质不一样的）
\[[\begin{matrix}1&-1&0&&0&1&0\\0&1&1&&0&1&1\\0&0&1&&-1&6&4\end{matrix}]\]
现在我们已经把各行首元变为 \(0\) 了，接下来的任务是处理左部分矩阵的上三角
那么我们用第二行消去第一行的第二个元素：（在这里就是第一行加上第二行）
\[[\begin{matrix}1&0&1&&0&2&1\\0&1&1&&0&1&1\\0&0&1&&-1&6&4\end{matrix}]\]
第三列的元素处理也是一样的道理：（用第三行来减）
\[[\begin{matrix}1&0&0&&1&-4&-3\\0&1&0&&1&-5&-3\\0&0&1&&-1&6&4\end{matrix}]\]
至此，我们成功的将左部分矩阵转换成了一个单位矩阵。所以，逆矩阵呢？
逆矩阵就是右部分矩阵。
确实是这样啊，emmm...不信的话自己检验一下嘛，矩乘也蛮快的
至于为什么会这样呢？
因为对矩阵 \(A\) 进行行初等变换，就相当于左乘以一和初等矩阵（其实你大可不必在意这个矩阵的含义，因为我也不打算详细讲，不过讲道理其实就是与原矩阵相乘后结果为单位矩阵的矩阵），对A进行初等变换，也就相当于右边乘以一个相同的这个初等矩阵，然后我们考虑左边的矩阵变换之后成了单位矩阵，那么这时候左边乘上原矩阵 \(A\) 之后变回了原矩阵，所以右边矩阵乘上 \(A\) 之后也会变回原来的样子，也就是 一个单位矩阵 \(E\) ，那么就满足条件： \(A\times A^{-1}=E\) 了，所以右边的矩阵就是 \(A\) 的逆矩阵
但是请注意，一个矩阵的逆矩阵不一定每个元素都是整数，甚至往往是有理数（所以 \(bzt\) 里让你求取模意义下的逆矩阵,避免一些精度问题）
于是默默放上代码：（又是加工过的“工程级”代码）
//by Judge
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
using namespace std;
int n; static double a[50][50],b[50][50];
//交换当前行与下一行
void exchange(double a[][50],double b[][50],int current_line,int next_line,int all_line_number) {
//交换两行
int cl=current_line,nl=next_line,n=all_line_number;
for(int i=0; i<n; i++)
swap(a[cl][i],a[nl][i]),
swap(b[cl][i],b[nl][i]);
}
void the_data_change_to_1(double a[][50],double b[][50],int m,int n) { //将a[m][m]变成1
if(a[m][m]) {
for(int i=m+1; i<n; ++i) a[m][i]=a[m][i]/a[m][m];
for(int i=0; i<n; ++i) b[m][i]=b[m][i]/a[m][m];
return (void)(a[m][m]=1); //change_to_upper_angle_matrix(a,b,m,n);//将a[m][m]之下的元素全部变成0
}
while(m+1<n&&!a[m][m]) exchange(a,b,m,m+1,n);
if(a[m][m]!=1) the_data_change_to_1(a,b,m,n);
}
//将a[m][m]之下的元素全部变成0
void change_to_upper_angle_matrix(double a[][50],double b[][50],int m,int n) {
if(m+1>=n) return ;
for(int i=m+1,t; i<n; ++i,a[i][m]=0) { t=a[i][m];
for(int j=m; j<n; ++j) a[i][j]=a[i][j]-t*a[m][j];
for(int k=0; k<n; ++k) b[i][k]=b[i][k]-t*b[m][k];
}
}
/*将上三角矩阵变成单位阵*/
void change_to_unit_matrix(double a[][50],double b[][50],int l,int n) {
if(l<=0) return ;
for(int i=l-1; i>=0; a[i][l]=0,--i) //从a[l-1][l]开始向上，让每个元素都变成0
for(int j=0; j<n; ++j)
b[i][j]=b[i][j]-a[i][l]*b[l][j];
--l,change_to_unit_matrix(a,b,l,n);
}
//打印结果
void print_result(double b[][50],int n) {
for(int i=0; i<n; ++i,cout<<endl)
for(int j=0; j<n; j++) cout<<b[i][j]<<" ";
}
int main() { cin>>n;
for(int i=0; i<n; ++i)
for(int j=0; j<n; ++j)
scanf("%lf",a[i]+j);
for(int i=0; i<n; ++i) b[i][i]=1;
for(int i=0; i<n; ++i) {
if(a[i][i]!=1) the_data_change_to_1(a,b,i,n);//将a[i][i]变成 1
if(a[i][i]==1) change_to_upper_angle_matrix(a,b,i,n); //将a[i][i]之下的元素全部变成 0
}
change_to_unit_matrix(a,b,n-1,n);
return print_result(b,n),0;
}
上面这个代码是直接实数求解的，但是如果你不嫌烦的话，可以考虑用分数形式表示逆矩阵，（也并不是做不到）但这里就不再给出了
另外，用高斯解的方法还是蛮常规的，所以一般来讲我们都用这个方法来求解，至于接下来那个看看就差不多了
相信你可能想到过一下算法：
我们可以尝试依照矩乘的定义来设未知数求解逆矩阵
拿方法二中的矩阵作例：
原矩阵是这样的：
\[[\begin{matrix}2&2&3\\1&-1&0\\-1&2&1\end{matrix}]\]
我们直接设一个 \(3\) 阶的矩阵，矩阵中的所有元素都未知：
\[[\begin{matrix}a&b&c\\d&e&f\\g&h&i\end{matrix}]\]
那么我们可以像之前说的，又矩乘定义得到 \(3*3=9\) 个方程：（不想打了好累啊）
\[[\begin{matrix}2*a+2*d+3*g=1\\2*b+2*e+3*h=0\\2*c+2*f+3*i=0\\......\\(-1)*c+2*f+1*i=1\end{matrix}]\]
然后我们愉快的解方程。没错，还是用高斯消元解！
从上面的算法流程我们可以看出，这个算法没毛病！然鹅说起它的复杂度那就真的太高了，足足\(O(n^{4})\)！
虽说复杂度是蛮高的，但是相较于前两个算法，对于小规模数据的人工计算，这种算法也不失为一个求逆矩阵的好方法
另外你应该看到了标题说的求非同阶逆矩阵了吧？（其实讲道理并不是非同阶的并不能说是逆矩阵）
其实非同阶逆矩阵就是可以用刚刚说的方法解的，方法也与上面差别不大，都是设矩阵求解未知数。
非同阶求逆矩阵的一般形式就是给出 \(n\) 阶矩阵，求一个 \(n*m\) 阶矩阵，要求与原矩阵乘积为一个给定的 \(n*m\) 阶矩阵
但是我们一般来就就是求一个已知的 \(n\) 阶矩阵乘上一个 \(n*1\) 阶矩阵后的结果为一个已知的 \(n*1\) 矩阵（好吧其实这就是求解多元方程组...）
不过如果你遇到了什么乱七八糟的题目要你求这个东西的话，别忘了这种算法（复杂度\(O(n^{4})\)的渣渣算法）
首先具体求法如下：（题解里剽来的）
①找到当前方阵（假设是第k个）的主元
②将主元所在行、列与第k行、第k列交换，并且记录下交换的行和列
③把第k行第k个元素变成它的逆元（同时判无解：逆元不存在）
④更改当前行（乘上刚才那个逆元）
⑤对矩阵中的其他行做和高斯消元几乎完全一样的操作，只有每行的第k列不一样，具体看代码
⑥最后把第②步中的交换逆序地交换回去。
emmm...这里要稍微解释一下，板子题里说的逆矩阵是在模意义下的逆矩阵，并不是实数意义下的逆矩阵，所以上面提到了逆元，（话说这份代码比较难懂，因为它貌似还用了列的变换，更绝的是它还直接在原矩阵上求逆）还有关于实数下的逆矩阵求解也会在下面的下面给出
咳咳，如果下面的代码三分钟之内看不懂的话，直接跳过吧（因为这个做法的原理不知道是什么...）
//by Judge(压行狂魔没办法了, ctrl+shift+A 吧)
#include<cstdio>
#include<iostream>
#define ll long long
using namespace std;
const int mod=1e9+7;
const int M=1e5+7;
#ifndef Judge
#define getchar() (p1==p2&&(p2=(p1=buf)+fread(buf,1,1<<21,stdin),p1==p2)?EOF:*p1++)
#endif
inline void cmax(int& a,int b){if(a<b)a=b;}
inline void cmin(int& a,int b){if(a>b)a=b;}
char buf[1<<21],*p1=buf,*p2=buf;
inline int read(){ int x=0,f=1; char c=getchar();
for(;!isdigit(c);c=getchar()) if(c=='-') f=-1;
for(;isdigit(c);c=getchar()) x=x*10+c-'0'; return x*f;
} char sr[1<<21],z[20];int C=-1,Z;
inline void Ot(){fwrite(sr,1,C+1,stdout),C=-1;}
inline void print(int x,char chr='\n'){
if(C>1<<20)Ot(); while(z[++Z]=x%10+48,x/=10);
while(sr[++C]=z[Z],--Z);sr[++C]=chr;
} int n,is[405],js[405]; ll a[405][405];
inline ll qpow(ll x,int p){ ll s=1;
for(;p;p>>=1,x=x*x%mod)
if(p&1) s=s*x%mod; return s;
}
inline void inv(){
for(int k=1;k<=n;++k){
for(int i=k;i<=n;++i) for(int j=k;j<=n;++j)
if(a[i][j]){is[k]=i,js[k]=j;break;}
for(int i=1;i<=n;++i) swap(a[k][i],a[is[k]][i]);
for(int i=1;i<=n;++i) swap(a[i][k],a[i][js[k]]);
if(!a[k][k]){exit(!puts("No Solution"));}
a[k][k]=qpow(a[k][k],mod-2);
for(int j=1;j<=n;++j) if(j^k)
(a[k][j]*=a[k][k])%=mod;
for(int i=1;i<=n;++i) if(i^k)
for(int j=1;j<=n;++j) if(j^k)
(a[i][j]+=mod-a[i][k]*a[k][j]%mod)%=mod;
for(int i=1;i<=n;++i) if(i^k)
a[i][k]=(mod-a[i][k]*a[k][k]%mod)%mod;
}
for(int k=n;k;--k){
for(int i=1;i<=n;++i)
swap(a[js[k]][i],a[k][i]);
for(int i=1;i<=n;++i)
swap(a[i][is[k]],a[i][k]);
}
}
int main(){ n=read();
for(int i=1;i<=n;++i)
for(int j=1;j<=n;++j)
a[i][j]=read(); inv();
for(int i=1;i<=n;print(a[i][n]),++i)
for(int j=1;j<n;++j) print(a[i][j],' ');
return Ot(),0;
}这个方法虽然看不懂原理，但是很高效...那个大佬懂的教教我QAQ
从上面层层讲解看来，矩阵和线性代数的关系非常大，而线性代数在大学中各个专业基本都是要掌握的，（计算机系还用说？）所以矩阵一定要学好啊
至此，矩阵求逆的基础芝士已经讲解完毕了，至于其他关于矩阵的芝士就请读者们自行探究吧
参考资料：实在太多记不清 _(:з」∠)_
标签：hot ctrl 方便 rom 二维 图解 lease 价值 bit
原文地址：https://www.cnblogs.com/Judge/p/10124232.html
