Change width to size, as it is more correct.
Add calculation of determinant, submatric, minorm cofactor and inverse of a matrix.
This commit is contained in:
@@ -13,24 +13,30 @@
|
|||||||
|
|
||||||
class Matrix
|
class Matrix
|
||||||
{
|
{
|
||||||
private:
|
protected:
|
||||||
/* 4x4 is the default */
|
/* 4x4 is the default */
|
||||||
double data[4*4];
|
double data[4*4];
|
||||||
int width;
|
int size;
|
||||||
|
|
||||||
public:
|
public:
|
||||||
Matrix(int width);
|
Matrix(int size);
|
||||||
Matrix(double values[], int width);
|
Matrix(double values[], int size);
|
||||||
|
|
||||||
double get(int x, int y) const { return this->data[this->width * x + y]; };
|
double get(int x, int y) const { return this->data[this->size * x + y]; };
|
||||||
void set(int x, int y, double v) { this->data[this->width * x + y] = v; };
|
void set(int x, int y, double v) { this->data[this->size * x + y] = v; };
|
||||||
|
|
||||||
Matrix identity();
|
Matrix identity();
|
||||||
Matrix transpose();
|
Matrix transpose();
|
||||||
|
double determinant();
|
||||||
|
Matrix submatrix(int row, int column);
|
||||||
|
Matrix inverse();
|
||||||
|
double minor(int row, int column) { return this->submatrix(row, column).determinant(); }
|
||||||
|
double cofactor(int row, int column) { return (((column+row)&1)?-1:1) * this->minor(row, column); }
|
||||||
bool operator==(const Matrix &b) const;
|
bool operator==(const Matrix &b) const;
|
||||||
bool operator!=(const Matrix &b) const;
|
bool operator!=(const Matrix &b) const;
|
||||||
|
|
||||||
|
bool isInvertible() { return this->determinant() != 0; }
|
||||||
|
|
||||||
Matrix operator*(const Matrix &b) const;
|
Matrix operator*(const Matrix &b) const;
|
||||||
Tuple operator*(const Tuple &b) const;
|
Tuple operator*(const Tuple &b) const;
|
||||||
};
|
};
|
||||||
@@ -42,14 +48,6 @@ public:
|
|||||||
Matrix4(double values[]) : Matrix(values, 4) { };
|
Matrix4(double values[]) : Matrix(values, 4) { };
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
class Matrix2 : public Matrix
|
|
||||||
{
|
|
||||||
public:
|
|
||||||
Matrix2() : Matrix(2) { };
|
|
||||||
Matrix2(double values[]) : Matrix(values, 2) { };
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
class Matrix3 : public Matrix
|
class Matrix3 : public Matrix
|
||||||
{
|
{
|
||||||
public:
|
public:
|
||||||
@@ -57,4 +55,13 @@ public:
|
|||||||
Matrix3(double values[]) : Matrix(values, 3) { };
|
Matrix3(double values[]) : Matrix(values, 3) { };
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
class Matrix2 : public Matrix
|
||||||
|
{
|
||||||
|
private:
|
||||||
|
using Matrix::data;
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
Matrix2() : Matrix(2) { };
|
||||||
|
Matrix2(double values[]) : Matrix(values, 2) { };
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
#endif /* DORAYME_MATRIX_H */
|
#endif /* DORAYME_MATRIX_H */
|
||||||
|
|||||||
@@ -7,6 +7,7 @@
|
|||||||
*
|
*
|
||||||
*/
|
*/
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <stdio.h>
|
||||||
#include <matrix.h>
|
#include <matrix.h>
|
||||||
#include <tuples.h>
|
#include <tuples.h>
|
||||||
#include <math_helper.h>
|
#include <math_helper.h>
|
||||||
@@ -15,7 +16,7 @@ Matrix::Matrix(int width)
|
|||||||
{
|
{
|
||||||
int i;
|
int i;
|
||||||
|
|
||||||
this->width = width;
|
this->size = width;
|
||||||
|
|
||||||
for(i = 0; i < width*width; i++)
|
for(i = 0; i < width*width; i++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
@@ -27,13 +28,13 @@ Matrix::Matrix(double values[], int width)
|
|||||||
{
|
{
|
||||||
int x, y;
|
int x, y;
|
||||||
|
|
||||||
this->width = width;
|
this->size = width;
|
||||||
|
|
||||||
for(y = 0; y < this->width; y++)
|
for(y = 0; y < this->size; y++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
for (x = 0 ; x < this->width ; x++)
|
for (x = 0 ; x < this->size ; x++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
this->data[this->width * x + y] = values[this->width * x + y];
|
this->data[this->size * x + y] = values[this->size * x + y];
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
};
|
};
|
||||||
@@ -41,13 +42,13 @@ Matrix::Matrix(double values[], int width)
|
|||||||
bool Matrix::operator==(const Matrix &b) const
|
bool Matrix::operator==(const Matrix &b) const
|
||||||
{
|
{
|
||||||
int i;
|
int i;
|
||||||
if (this->width != b.width)
|
if (this->size != b.size)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
/* If they are not the same size don't even bother */
|
/* If they are not the same size don't even bother */
|
||||||
return false;
|
return false;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
for(i = 0; i < this->width*this->width; i++)
|
for(i = 0; i < this->size*this->size; i++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
if (!double_equal(this->data[i], b.data[i]))
|
if (!double_equal(this->data[i], b.data[i]))
|
||||||
{
|
{
|
||||||
@@ -61,13 +62,13 @@ bool Matrix::operator==(const Matrix &b) const
|
|||||||
bool Matrix::operator!=(const Matrix &b) const
|
bool Matrix::operator!=(const Matrix &b) const
|
||||||
{
|
{
|
||||||
int i;
|
int i;
|
||||||
if (this->width != b.width)
|
if (this->size != b.size)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
/* If they are not the same size don't even bother */
|
/* If they are not the same size don't even bother */
|
||||||
return true;
|
return true;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
for(i = 0; i < this->width*this->width; i++)
|
for(i = 0; i < this->size*this->size; i++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
if (!double_equal(this->data[i], b.data[i]))
|
if (!double_equal(this->data[i], b.data[i]))
|
||||||
{
|
{
|
||||||
@@ -80,16 +81,16 @@ bool Matrix::operator!=(const Matrix &b) const
|
|||||||
Matrix Matrix::operator*(const Matrix &b) const
|
Matrix Matrix::operator*(const Matrix &b) const
|
||||||
{
|
{
|
||||||
int x, y, k;
|
int x, y, k;
|
||||||
Matrix ret = Matrix(this->width);
|
Matrix ret = Matrix(this->size);
|
||||||
|
|
||||||
if (this->width == b.width)
|
if (this->size == b.size)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
for (y = 0 ; y < this->width ; y++)
|
for (y = 0 ; y < this->size ; y++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
for (x = 0 ; x < this->width ; x++)
|
for (x = 0 ; x < this->size ; x++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
double v = 0;
|
double v = 0;
|
||||||
for (k = 0 ; k < this->width ; k++)
|
for (k = 0 ; k < this->size ; k++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
v += this->get(x, k) * b.get(k, y);
|
v += this->get(x, k) * b.get(k, y);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
@@ -111,7 +112,7 @@ Tuple Matrix::operator*(const Tuple &b) const
|
|||||||
Matrix Matrix::identity()
|
Matrix Matrix::identity()
|
||||||
{
|
{
|
||||||
int i;
|
int i;
|
||||||
for(i = 0; i < this->width; i++)
|
for(i = 0; i < this->size; i++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
this->set(i, i, 1);
|
this->set(i, i, 1);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
@@ -121,13 +122,80 @@ Matrix Matrix::identity()
|
|||||||
Matrix Matrix::transpose()
|
Matrix Matrix::transpose()
|
||||||
{
|
{
|
||||||
int x, y;
|
int x, y;
|
||||||
Matrix ret = Matrix(this->width);
|
Matrix ret = Matrix(this->size);
|
||||||
for (y = 0 ; y < this->width ; y++)
|
for (y = 0 ; y < this->size ; y++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
for (x = 0 ; x < this->width ; x++)
|
for (x = 0 ; x < this->size ; x++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
ret.set(y, x, this->get(x, y));
|
ret.set(y, x, this->get(x, y));
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
return ret;
|
return ret;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Matrix Matrix::submatrix(int row, int column)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int i, j;
|
||||||
|
int x = 0, y = 0;
|
||||||
|
Matrix ret = Matrix(this->size - 1);
|
||||||
|
for (i = 0 ; i < this->size ; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if (i == row)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
/* Skip that row */
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
y = 0;
|
||||||
|
for (j = 0 ; j < this->size ; j++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if (j == column)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
/* skip that column */
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
ret.set(x, y, this->get(i, j));
|
||||||
|
y++;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
x++;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
double Matrix::determinant()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double det = 0;
|
||||||
|
if (this->size == 2)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
det = this->data[0] * this->data[3] - this->data[1] * this->data[2];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int col;
|
||||||
|
for(col = 0; col < this->size; col++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
det = det + this->get(0, col) * this->cofactor(0, col);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return det;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Matrix Matrix::inverse()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Matrix ret = Matrix(this->size);
|
||||||
|
|
||||||
|
if (this->isInvertible())
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int row, col;
|
||||||
|
double c;
|
||||||
|
for (row = 0; row < this->size; row++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
for (col = 0; col < this->size; col++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
c = this->cofactor(row, col);
|
||||||
|
ret.set(col, row, c / this->determinant());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
@@ -171,3 +171,220 @@ TEST(MatrixTest, Transposing_this_identity_matrix)
|
|||||||
|
|
||||||
ASSERT_EQ(ident.transpose(), ident);
|
ASSERT_EQ(ident.transpose(), ident);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, Calculating_the_determinant_of_a_2x2_matrix)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { 1, 5,
|
||||||
|
-3, 2 };
|
||||||
|
Matrix2 A = Matrix2(valuesA);
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.determinant(), 17);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, A_submatrix_of_a_3x3_matrix_is_a_2x2_matrix)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { 1, 5, 0,
|
||||||
|
-3, 2, 7,
|
||||||
|
0, 6, -3 };
|
||||||
|
double results[] = { -3, 2,
|
||||||
|
0, 6 };
|
||||||
|
Matrix3 A = Matrix3(valuesA);
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.submatrix(0, 2), Matrix2(results));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, A_submatrix_of_a_4x4_matrix_is_a_3x3_matrix)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { -6, 1, 1, 6,
|
||||||
|
-8, 5, 8, 6,
|
||||||
|
-1, 0, 8, 2,
|
||||||
|
-7, 1, -1, 1 };
|
||||||
|
double results[] = { -6, 1, 6,
|
||||||
|
-8, 8, 6,
|
||||||
|
-7,-1, 1 };
|
||||||
|
Matrix4 A = Matrix4(valuesA);
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.submatrix(2, 1), Matrix3(results));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, Calculate_a_minor_of_a_3x3_matrix)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { 3, 5, 0,
|
||||||
|
2, -1, -7,
|
||||||
|
6, -1, 5 };
|
||||||
|
|
||||||
|
Matrix3 A = Matrix3(valuesA);
|
||||||
|
|
||||||
|
Matrix B = A.submatrix(1, 0);
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(B.determinant(), 25);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.minor(1, 0), 25);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, Calculating_a_cofactor_of_a_3x3_matrix)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { 3, 5, 0,
|
||||||
|
2, -1, -7,
|
||||||
|
6, -1, 5 };
|
||||||
|
|
||||||
|
Matrix3 A = Matrix3(valuesA);
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.minor(0, 0), -12);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.cofactor(0, 0), -12);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.minor(1, 0), 25);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.cofactor(1, 0), -25);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, Calculating_the_determinant_of_a_3x3_matrix)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { 1, 2, 6,
|
||||||
|
-5, 8, -4,
|
||||||
|
2, 6, 4 };
|
||||||
|
|
||||||
|
Matrix A = Matrix3(valuesA);
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.cofactor(0, 0), 56);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.cofactor(0, 1), 12);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.minor(0, 2), -46);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.determinant(), -196);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, Calculating_the_determinant_of_a_4x4_matrix)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { -2, -8, 3, 5,
|
||||||
|
-3, 1, 7, 3,
|
||||||
|
1, 2, -9, 6,
|
||||||
|
-6, 7, 7, -9 };
|
||||||
|
|
||||||
|
Matrix A = Matrix4(valuesA);
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.cofactor(0, 0), 690);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.cofactor(0, 1), 447);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.cofactor(0, 2), 210);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.minor(0, 3), -51);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.determinant(), -4071);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, Testing_an_invertible_matrix_for_invertibility)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { 6, 4, 4, 4,
|
||||||
|
5, 5, 7, 6,
|
||||||
|
4, -9, 3, -7,
|
||||||
|
9, 1, 7, -6 };
|
||||||
|
Matrix A = Matrix4(valuesA);
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.determinant(), -2120);
|
||||||
|
ASSERT_TRUE(A.isInvertible());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, Testing_an_noninvertible_matrix_for_invertibility)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { -4, 2, -2, -3,
|
||||||
|
9, 6, 2, 6,
|
||||||
|
0, -5, 1, -5,
|
||||||
|
0, 0, 0, 0 };
|
||||||
|
Matrix A = Matrix4(valuesA);
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.determinant(), 0);
|
||||||
|
ASSERT_FALSE(A.isInvertible());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, Calculating_the_inverse_of_a_matrix)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { -5, 2, 6, -8,
|
||||||
|
1, -5, 1, 8,
|
||||||
|
7, 7, -6, -7,
|
||||||
|
1, -3, 7, 4 };
|
||||||
|
|
||||||
|
double results[] = { 0.21805, 0.45113, 0.24060, -0.04511,
|
||||||
|
-0.80827, -1.45677, -0.44361, 0.52068,
|
||||||
|
-0.07895, -0.22368, -0.05263, 0.19737,
|
||||||
|
-0.52256, -0.81391, -0.30075, 0.30639 };
|
||||||
|
|
||||||
|
Matrix A = Matrix4(valuesA);
|
||||||
|
Matrix B = A.inverse();
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.determinant(), 532);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.cofactor(2, 3), -160);
|
||||||
|
ASSERT_NEAR(B.get(3, 2), -160./532., DBL_EPSILON);
|
||||||
|
ASSERT_EQ(A.cofactor(3, 2), 105);
|
||||||
|
ASSERT_NEAR(B.get(2, 3), 105./532., DBL_EPSILON);
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Temporary lower the precision */
|
||||||
|
set_equal_precision(0.00001);
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(B, Matrix4(results));
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Revert to default */
|
||||||
|
set_equal_precision(FLT_EPSILON);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, Calculating_the_inverse_of_another_matrix)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { 8, -5, 9, 2,
|
||||||
|
7, 5, 6, 1,
|
||||||
|
-6, 0, 9, 6,
|
||||||
|
-3, 0, -9, -4 };
|
||||||
|
|
||||||
|
double results[] = { -0.15385, -0.15385, -0.28205, -0.53846,
|
||||||
|
-0.07692, 0.12308, 0.02564, 0.03077,
|
||||||
|
0.35897, 0.35897, 0.43590, 0.92308,
|
||||||
|
-0.69231, -0.69231, -0.76923, -1.92308 };
|
||||||
|
|
||||||
|
Matrix A = Matrix4(valuesA);
|
||||||
|
Matrix B = A.inverse();
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Temporary lower the precision */
|
||||||
|
set_equal_precision(0.00001);
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(B, Matrix4(results));
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Revert to default */
|
||||||
|
set_equal_precision(FLT_EPSILON);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, Calculating_the_inverse_of_third_matrix)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { 9, 3, 0, 9,
|
||||||
|
-5, -2, -6, -3,
|
||||||
|
-4, 9, 6, 4,
|
||||||
|
-7, 6, 6, 2 };
|
||||||
|
|
||||||
|
double results[] = { -0.04074, -0.07778, 0.14444, -0.22222,
|
||||||
|
-0.07778, 0.03333, 0.36667, -0.33333,
|
||||||
|
-0.02901, -0.14630, -0.10926, 0.12963,
|
||||||
|
0.17778, 0.06667, -0.26667, 0.33333 };
|
||||||
|
|
||||||
|
Matrix A = Matrix4(valuesA);
|
||||||
|
Matrix B = A.inverse();
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Temporary lower the precision */
|
||||||
|
set_equal_precision(0.00001);
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(B, Matrix4(results));
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Revert to default */
|
||||||
|
set_equal_precision(FLT_EPSILON);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST(MatrixTest, Multiplying_a_product_by_its_inverse)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double valuesA[] = { 3, -9, 7, 3,
|
||||||
|
3, -8, 2, -9,
|
||||||
|
-4, 4, 4, 1,
|
||||||
|
-6, 5, -1, 1 };
|
||||||
|
|
||||||
|
double valuesB[] = { 8, 2, 2, 2,
|
||||||
|
3, -1, 7, 0,
|
||||||
|
7, 0, 5, 4,
|
||||||
|
6, -2, 0, 5 };
|
||||||
|
|
||||||
|
Matrix A = Matrix4(valuesA);
|
||||||
|
Matrix B = Matrix4(valuesB);
|
||||||
|
|
||||||
|
Matrix C = A * B;
|
||||||
|
|
||||||
|
ASSERT_EQ(C * B.inverse(), A);
|
||||||
|
}
|
||||||
Reference in New Issue
Block a user