c++ - resueltos - invertir una matriz 4x4
matriz inversa 4x4 ejercicios resueltos pdf (8)
Estoy buscando una implementación de código de ejemplo sobre cómo invertir una matriz de 4x4. Sé que hay eleminiación gaussiana, descomposición de LU, etc., pero en lugar de verlos en detalle, solo estoy buscando el código para hacerlo.
Idealmente, el lenguaje C ++, los datos están disponibles en una matriz de 16 carrozas en orden cloumn-major.
¡gracias!
''Enrollé'' la implementación de MESA (también escribí un par de pruebas unitarias para asegurarme de que realmente funciona).
Aquí:
float invf(int i,int j,const float* m){
int o = 2+(j-i);
i += 4+o;
j += 4-o;
#define e(a,b) m[ ((j+b)%4)*4 + ((i+a)%4) ]
float inv =
+ e(+1,-1)*e(+0,+0)*e(-1,+1)
+ e(+1,+1)*e(+0,-1)*e(-1,+0)
+ e(-1,-1)*e(+1,+0)*e(+0,+1)
- e(-1,-1)*e(+0,+0)*e(+1,+1)
- e(-1,+1)*e(+0,-1)*e(+1,+0)
- e(+1,-1)*e(-1,+0)*e(+0,+1);
return (o%2)?inv : -inv;
#undef e
}
bool inverseMatrix4x4(const float *m, float *out)
{
float inv[16];
for(int i=0;i<4;i++)
for(int j=0;j<4;j++)
inv[j*4+i] = invf(i,j,m);
double D = 0;
for(int k=0;k<4;k++) D += m[k] * inv[k*4];
if (D == 0) return false;
D = 1.0 / D;
for (int i = 0; i < 16; i++)
out[i] = inv[i] * D;
return true;
}
Escribí un poco sobre esto y exhibí el patrón de factores positivos / negativos en mi blog .
Según lo sugerido por @LiraNuna, en muchas plataformas hay disponibles versiones aceleradas por hardware de dichas rutinas, por lo que me complace tener una ''versión de respaldo'' que sea legible y conciso.
Nota : esto puede correr 3.5 veces más lento o peor que la implementación de MESA. Puede cambiar el patrón de factores para eliminar algunas adiciones, etc., pero perdería legibilidad y aún así no sería muy rápido.
Aquí hay una biblioteca de matemáticas de vectores C ++ pequeña (solo un encabezado) (orientada a la programación 3D). Si lo usa, tenga en cuenta que el diseño de sus matrices en la memoria se invierte en comparación con lo que OpenGL espera, me lo pasé muy bien averiguando ...
PARA MATRIZ 3x3
CAMBIAR EL CÓDIGO SEGÚN SU REQUISITO
http://www.dreamincode.net/code/snippet1156.htm
Actualizar:
Sí ... Pasar de 3x3 a 4x4 parece ser una gran diferencia ... esta respuesta no es correcta para esto.
Puede usar la Biblioteca Científica GNU o buscar el código en ella.
Editar: Parece que quieres la sección de Álgebra lineal .
Puedes hacerlo más rápido según este blog .
#define SUBP(i,j) input[i][j]
#define SUBQ(i,j) input[i][2+j]
#define SUBR(i,j) input[2+i][j]
#define SUBS(i,j) input[2+i][2+j]
#define OUTP(i,j) output[i][j]
#define OUTQ(i,j) output[i][2+j]
#define OUTR(i,j) output[2+i][j]
#define OUTS(i,j) output[2+i][2+j]
#define INVP(i,j) invP[i][j]
#define INVPQ(i,j) invPQ[i][j]
#define RINVP(i,j) RinvP[i][j]
#define INVPQ(i,j) invPQ[i][j]
#define RINVPQ(i,j) RinvPQ[i][j]
#define INVPQR(i,j) invPQR[i][j]
#define INVS(i,j) invS[i][j]
#define MULTI(MAT1, MAT2, MAT3) /
MAT3(0,0)=MAT1(0,0)*MAT2(0,0) + MAT1(0,1)*MAT2(1,0); /
MAT3(0,1)=MAT1(0,0)*MAT2(0,1) + MAT1(0,1)*MAT2(1,1); /
MAT3(1,0)=MAT1(1,0)*MAT2(0,0) + MAT1(1,1)*MAT2(1,0); /
MAT3(1,1)=MAT1(1,0)*MAT2(0,1) + MAT1(1,1)*MAT2(1,1);
#define INV(MAT1, MAT2) /
_det = 1.0 / (MAT1(0,0) * MAT1(1,1) - MAT1(0,1) * MAT1(1,0)); /
MAT2(0,0) = MAT1(1,1) * _det; /
MAT2(1,1) = MAT1(0,0) * _det; /
MAT2(0,1) = -MAT1(0,1) * _det; /
MAT2(1,0) = -MAT1(1,0) * _det; /
#define SUBTRACT(MAT1, MAT2, MAT3) /
MAT3(0,0)=MAT1(0,0) - MAT2(0,0); /
MAT3(0,1)=MAT1(0,1) - MAT2(0,1); /
MAT3(1,0)=MAT1(1,0) - MAT2(1,0); /
MAT3(1,1)=MAT1(1,1) - MAT2(1,1);
#define NEGATIVE(MAT) /
MAT(0,0)=-MAT(0,0); /
MAT(0,1)=-MAT(0,1); /
MAT(1,0)=-MAT(1,0); /
MAT(1,1)=-MAT(1,1);
void getInvertMatrix(complex<double> input[4][4], complex<double> output[4][4]) {
complex<double> _det;
complex<double> invP[2][2];
complex<double> invPQ[2][2];
complex<double> RinvP[2][2];
complex<double> RinvPQ[2][2];
complex<double> invPQR[2][2];
complex<double> invS[2][2];
INV(SUBP, INVP);
MULTI(SUBR, INVP, RINVP);
MULTI(INVP, SUBQ, INVPQ);
MULTI(RINVP, SUBQ, RINVPQ);
SUBTRACT(SUBS, RINVPQ, INVS);
INV(INVS, OUTS);
NEGATIVE(OUTS);
MULTI(OUTS, RINVP, OUTR);
MULTI(INVPQ, OUTS, OUTQ);
MULTI(INVPQ, OUTR, INVPQR);
SUBTRACT(INVP, INVPQR, OUTP);
}
Esta no es una implementación completa porque P puede no ser invertible, pero puede combinar este código con la implementación de MESA para obtener un mejor rendimiento.
Si alguien está buscando un código más personalizado y "más fácil de leer", entonces tengo este
var A2323 = m.m22 * m.m33 - m.m23 * m.m32 ;
var A1323 = m.m21 * m.m33 - m.m23 * m.m31 ;
var A1223 = m.m21 * m.m32 - m.m22 * m.m31 ;
var A0323 = m.m20 * m.m33 - m.m23 * m.m30 ;
var A0223 = m.m20 * m.m32 - m.m22 * m.m30 ;
var A0123 = m.m20 * m.m31 - m.m21 * m.m30 ;
var A2313 = m.m12 * m.m33 - m.m13 * m.m32 ;
var A1313 = m.m11 * m.m33 - m.m13 * m.m31 ;
var A1213 = m.m11 * m.m32 - m.m12 * m.m31 ;
var A2312 = m.m12 * m.m23 - m.m13 * m.m22 ;
var A1312 = m.m11 * m.m23 - m.m13 * m.m21 ;
var A1212 = m.m11 * m.m22 - m.m12 * m.m21 ;
var A0313 = m.m10 * m.m33 - m.m13 * m.m30 ;
var A0213 = m.m10 * m.m32 - m.m12 * m.m30 ;
var A0312 = m.m10 * m.m23 - m.m13 * m.m20 ;
var A0212 = m.m10 * m.m22 - m.m12 * m.m20 ;
var A0113 = m.m10 * m.m31 - m.m11 * m.m30 ;
var A0112 = m.m10 * m.m21 - m.m11 * m.m20 ;
var det = m.m00 * ( m.m11 * A2323 - m.m12 * A1323 + m.m13 * A1223 )
- m.m01 * ( m.m10 * A2323 - m.m12 * A0323 + m.m13 * A0223 )
+ m.m02 * ( m.m10 * A1323 - m.m11 * A0323 + m.m13 * A0123 )
- m.m03 * ( m.m10 * A1223 - m.m11 * A0223 + m.m12 * A0123 ) ;
det = 1 / det;
return new Matrix4x4() {
m00 = det * ( m.m11 * A2323 - m.m12 * A1323 + m.m13 * A1223 ),
m01 = det * - ( m.m01 * A2323 - m.m02 * A1323 + m.m03 * A1223 ),
m02 = det * ( m.m01 * A2313 - m.m02 * A1313 + m.m03 * A1213 ),
m03 = det * - ( m.m01 * A2312 - m.m02 * A1312 + m.m03 * A1212 ),
m10 = det * - ( m.m10 * A2323 - m.m12 * A0323 + m.m13 * A0223 ),
m11 = det * ( m.m00 * A2323 - m.m02 * A0323 + m.m03 * A0223 ),
m12 = det * - ( m.m00 * A2313 - m.m02 * A0313 + m.m03 * A0213 ),
m13 = det * ( m.m00 * A2312 - m.m02 * A0312 + m.m03 * A0212 ),
m20 = det * ( m.m10 * A1323 - m.m11 * A0323 + m.m13 * A0123 ),
m21 = det * - ( m.m00 * A1323 - m.m01 * A0323 + m.m03 * A0123 ),
m22 = det * ( m.m00 * A1313 - m.m01 * A0313 + m.m03 * A0113 ),
m23 = det * - ( m.m00 * A1312 - m.m01 * A0312 + m.m03 * A0112 ),
m30 = det * - ( m.m10 * A1223 - m.m11 * A0223 + m.m12 * A0123 ),
m31 = det * ( m.m00 * A1223 - m.m01 * A0223 + m.m02 * A0123 ),
m32 = det * - ( m.m00 * A1213 - m.m01 * A0213 + m.m02 * A0113 ),
m33 = det * ( m.m00 * A1212 - m.m01 * A0212 + m.m02 * A0112 ),
};
No escribo el código, pero mi programa sí. Hice un pequeño programa para hacer un programa que calcula el determinante y el inverso de cualquier matriz N.
Lo hago porque una vez en el pasado necesito un código que invierta la matriz de 5x5, pero nadie en la tierra ha hecho esto, así que hice uno.
Echa un vistazo sobre el programa here .
Si necesita una biblioteca de matriz C ++ con muchas funciones, eche un vistazo a la biblioteca Eigen - http://eigen.tuxfamily.org
aquí:
bool gluInvertMatrix(const double m[16], double invOut[16])
{
double inv[16], det;
int i;
inv[0] = m[5] * m[10] * m[15] -
m[5] * m[11] * m[14] -
m[9] * m[6] * m[15] +
m[9] * m[7] * m[14] +
m[13] * m[6] * m[11] -
m[13] * m[7] * m[10];
inv[4] = -m[4] * m[10] * m[15] +
m[4] * m[11] * m[14] +
m[8] * m[6] * m[15] -
m[8] * m[7] * m[14] -
m[12] * m[6] * m[11] +
m[12] * m[7] * m[10];
inv[8] = m[4] * m[9] * m[15] -
m[4] * m[11] * m[13] -
m[8] * m[5] * m[15] +
m[8] * m[7] * m[13] +
m[12] * m[5] * m[11] -
m[12] * m[7] * m[9];
inv[12] = -m[4] * m[9] * m[14] +
m[4] * m[10] * m[13] +
m[8] * m[5] * m[14] -
m[8] * m[6] * m[13] -
m[12] * m[5] * m[10] +
m[12] * m[6] * m[9];
inv[1] = -m[1] * m[10] * m[15] +
m[1] * m[11] * m[14] +
m[9] * m[2] * m[15] -
m[9] * m[3] * m[14] -
m[13] * m[2] * m[11] +
m[13] * m[3] * m[10];
inv[5] = m[0] * m[10] * m[15] -
m[0] * m[11] * m[14] -
m[8] * m[2] * m[15] +
m[8] * m[3] * m[14] +
m[12] * m[2] * m[11] -
m[12] * m[3] * m[10];
inv[9] = -m[0] * m[9] * m[15] +
m[0] * m[11] * m[13] +
m[8] * m[1] * m[15] -
m[8] * m[3] * m[13] -
m[12] * m[1] * m[11] +
m[12] * m[3] * m[9];
inv[13] = m[0] * m[9] * m[14] -
m[0] * m[10] * m[13] -
m[8] * m[1] * m[14] +
m[8] * m[2] * m[13] +
m[12] * m[1] * m[10] -
m[12] * m[2] * m[9];
inv[2] = m[1] * m[6] * m[15] -
m[1] * m[7] * m[14] -
m[5] * m[2] * m[15] +
m[5] * m[3] * m[14] +
m[13] * m[2] * m[7] -
m[13] * m[3] * m[6];
inv[6] = -m[0] * m[6] * m[15] +
m[0] * m[7] * m[14] +
m[4] * m[2] * m[15] -
m[4] * m[3] * m[14] -
m[12] * m[2] * m[7] +
m[12] * m[3] * m[6];
inv[10] = m[0] * m[5] * m[15] -
m[0] * m[7] * m[13] -
m[4] * m[1] * m[15] +
m[4] * m[3] * m[13] +
m[12] * m[1] * m[7] -
m[12] * m[3] * m[5];
inv[14] = -m[0] * m[5] * m[14] +
m[0] * m[6] * m[13] +
m[4] * m[1] * m[14] -
m[4] * m[2] * m[13] -
m[12] * m[1] * m[6] +
m[12] * m[2] * m[5];
inv[3] = -m[1] * m[6] * m[11] +
m[1] * m[7] * m[10] +
m[5] * m[2] * m[11] -
m[5] * m[3] * m[10] -
m[9] * m[2] * m[7] +
m[9] * m[3] * m[6];
inv[7] = m[0] * m[6] * m[11] -
m[0] * m[7] * m[10] -
m[4] * m[2] * m[11] +
m[4] * m[3] * m[10] +
m[8] * m[2] * m[7] -
m[8] * m[3] * m[6];
inv[11] = -m[0] * m[5] * m[11] +
m[0] * m[7] * m[9] +
m[4] * m[1] * m[11] -
m[4] * m[3] * m[9] -
m[8] * m[1] * m[7] +
m[8] * m[3] * m[5];
inv[15] = m[0] * m[5] * m[10] -
m[0] * m[6] * m[9] -
m[4] * m[1] * m[10] +
m[4] * m[2] * m[9] +
m[8] * m[1] * m[6] -
m[8] * m[2] * m[5];
det = m[0] * inv[0] + m[1] * inv[4] + m[2] * inv[8] + m[3] * inv[12];
if (det == 0)
return false;
det = 1.0 / det;
for (i = 0; i < 16; i++)
invOut[i] = inv[i] * det;
return true;
}