連線法巧解二維矩陣轉(zhuǎn)換

侯娟

（江蘇南京曉莊學院附屬中學）

連線法巧解二維矩陣轉(zhuǎn)換

侯娟

（江蘇南京曉莊學院附屬中學）

二維矩陣轉(zhuǎn)換是C語言數(shù)組應用的重要組成部分，特別是行列互換。嘗試了一種新的方法，試圖降低矩陣轉(zhuǎn)換的難度。教學效果表明，新方法對學生學習二維矩陣的轉(zhuǎn)換有一定的幫助。

C語言；數(shù)組；矩陣轉(zhuǎn)換

數(shù)組的應用除了排序之外，還經(jīng)常用在二維矩陣的轉(zhuǎn)換上。但是對于如何正確地轉(zhuǎn)換二維矩陣，卻很少有教材專門闡述。在C語言的教學中如何層次清晰、變抽象為具體地將二維矩陣的轉(zhuǎn)換方法教授給學生，值得我們深思。

一、二維矩陣旋轉(zhuǎn)的分類

二維矩陣轉(zhuǎn)換的類型根據(jù)旋轉(zhuǎn)時行列的關(guān)系主要分為兩大類：90度旋轉(zhuǎn)和180度旋轉(zhuǎn)。這兩種又可以進一步劃分出順時針和逆時針兩種。90度轉(zhuǎn)換涉及旋轉(zhuǎn)后的行i后與旋轉(zhuǎn)前列j前的關(guān)系，以及旋轉(zhuǎn)后的列j后和旋轉(zhuǎn)前的行i前的關(guān)系。而180度旋轉(zhuǎn)則是旋轉(zhuǎn)后的行i后與旋轉(zhuǎn)前的行i前的關(guān)系，以及旋轉(zhuǎn)后的列j后與旋轉(zhuǎn)前的列j前的關(guān)系。

二、連線法概述

1.連線法簡述

連線法就是將矩陣旋轉(zhuǎn)前后的行列關(guān)系用線連起來，在此基礎上得出i后與j前或i前的關(guān)系表達式，以及j后與i前或j前的關(guān)系表達式，然后根據(jù)表達式確定內(nèi)外循環(huán)的行列數(shù)，并實行矩陣轉(zhuǎn)換。

2.連線法解題步驟

（1）畫出旋轉(zhuǎn)前的矩陣圖和旋轉(zhuǎn)后的矩陣圖。（2）分別標出行列號。（3）根據(jù)矩陣的內(nèi)容用連線的方法找出旋轉(zhuǎn)前后的行列關(guān)系。（4）并列出關(guān)系表達式。（5）根據(jù)表達式等號右邊的對象確定內(nèi)外循環(huán)的行列數(shù)。（6）寫矩陣轉(zhuǎn)換的表達式。

概括起來講即：一畫，二標，三連線，四列表達式，五定行列數(shù)，六轉(zhuǎn)換。

三、實例講解

有一個整形的二維矩陣，請將其順時針旋轉(zhuǎn)90度后輸出，如圖1。

圖1

圖2　旋轉(zhuǎn)前矩陣圖

圖3　旋轉(zhuǎn)后矩陣圖

文章后面所用到的i，j為整型變量，數(shù)組a［3］［4］和數(shù)組b［4］［3］也為整型數(shù)組。

1.一畫——畫出旋轉(zhuǎn)前的矩陣圖和旋轉(zhuǎn)后的矩陣圖。

2.二標——分別標出旋轉(zhuǎn)前后的行列號，如如圖2和3。

3.三連線——根據(jù)矩陣的內(nèi)容用連線的方法找出旋轉(zhuǎn)前后的行列關(guān)系。

這里的根據(jù)矩陣內(nèi)容主要是選擇確定旋轉(zhuǎn)前后的矩陣中的元素，目的是分析其旋轉(zhuǎn)前后的行列關(guān)系。在以前的教學中筆者都是讓學生隨意選擇矩陣中的元素，主要是強調(diào)通用性，但是這樣做帶來很多麻煩，特別容易出錯。為此在連線法中筆者選擇旋轉(zhuǎn)后矩陣的0行0列元素作為尋找旋轉(zhuǎn)前后矩陣行列關(guān)系的依據(jù)。另外對于90度旋轉(zhuǎn)的題目，我們知道矩陣旋轉(zhuǎn)前的行列數(shù)目發(fā)生了變化，旋轉(zhuǎn)后的行i后與旋轉(zhuǎn)前列j前的關(guān)系，以及旋轉(zhuǎn)后的列j后和旋轉(zhuǎn)前的行i前的關(guān)系。

具體過程：

（1）找出0列上的元素i后與j前的值，并連線

元素31：i后=0，j前=0；元素32：i后=1，j前=1；

元素33：i后=2，j前=2；元素34：i后=3，j前=3；

（2）找出0行上的元素j后與i前的值，并連線

元素31：j后=0，i前=2；元素21：j后=1，i前=1；元素11：j后=2，i前=0；旋轉(zhuǎn)后矩陣圖

圖4

4.列出關(guān)系表達式。

5.五定行列數(shù)——根據(jù)表達式等號右邊的對象確定轉(zhuǎn)換時內(nèi)外循環(huán)的行列數(shù)。

在1式中等號右邊是關(guān)于矩陣旋轉(zhuǎn)前的式子，因此使用旋轉(zhuǎn)前矩陣的行列值，即三行四列：for（i=0；i＜3；i++）

for（j=0；j＜4；j++）

在2式中等號右邊是關(guān)于矩陣旋轉(zhuǎn)后的式子，因此使用旋轉(zhuǎn)后矩陣的行列值，即四行三列：for（i=0；i＜4；i++）

for（j=0；j＜3；j++）

6.寫矩陣轉(zhuǎn)換的表達式。

使用1式和2式不僅影響轉(zhuǎn)換時內(nèi)外循環(huán)的行列數(shù)，還直接影響到矩陣轉(zhuǎn)換的表達式。

（1）使用等式1的情況

如使用1式，首先要使用1式轉(zhuǎn)換時內(nèi)外循環(huán)的行列數(shù)；

for（i=0；i＜3；i++）

for（j=0；j＜4；j++）

其次還需注意矩陣轉(zhuǎn)換表達式左邊必須寫成b［j］［i］的形式，而右邊主要是把數(shù)組a中的a［j后的值代入］［i后的值代入］］元素賦值給b［j］［i］，即b［j］［i］=a［j前］［2-i前］，最后將下標去掉即可。

for（i=0；i＜3；i++）

for（j=0；j＜4；j++）

b［j］［i］=a［j］［2-i］；

（2）使用等式2的情況

如使用2式，首先要使用2式轉(zhuǎn)換時內(nèi)外循環(huán)的行列數(shù)；

for（i=0；i＜4；i++）

for（j=0；j＜3；j++）

其次還需注意矩陣轉(zhuǎn)換表達式左邊必須寫成b［i］［j］的形式，而右邊主要是把數(shù)組a中的a［i前的值代入］［j前的值代入］］元素賦值給b［i］［j］，即b［j］［i］=a［2-j后］［i后］，最后將下標去掉即可。

for（i=0；i＜4；i++）

for（j=0；j＜3；j++）

b［i］［j］=a［2-j］［i］；

四、連線法總結(jié)

連線雖然是簡單的小步驟，但連線起到的直觀效果是很明顯的，學生通過連線的過程不僅了解了矩陣轉(zhuǎn)換的過程，更有利于總結(jié)和歸納出矩陣轉(zhuǎn)換前后的行列關(guān)系，而且根據(jù)表達式等號右邊的對象可以確定循環(huán)的行列數(shù)，這對于后期的編程非常有幫助。

［1］馬志大.矩陣的行列調(diào)整與矩陣方程的求解［J］.北京市經(jīng)濟管理干部學院學報，2004.

［2］楊林發(fā).緊扣內(nèi)存變量關(guān)系巧解矩陣類問題［J］.電腦編程技巧與維護，2012.

·編輯段麗君