多次元正方行列の積を求めたい

Question

正方行列の積を求めるコードを書いています。dt1,dt2,dt3という三つの正方行列を用意して、dt3にdt1×dt2の結果が入力されるようにしました。この時dt3には、{{11,14},{18,23}}が入るはずですが、{{15,20}{24,31}}となってしまいます。どこが間違っているのでしょうか。教えていただきたいです。
また、ついでの質問になってしまうのですが、n次正方行列のnは#define ARRAY_SIZE 2の定義方法(2の部分をその都度変えていく)であっているのでしょうか。また、その時の初期化はどのように行えばよいのでしょうか。
よろしくお願いいたします。

#include <stdio.h>

#define ARRAY_SIZE 2

int doub(int dt1[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE], int dt2[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE], int dt3[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE]);

int doub(int dt1[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE], int dt2[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE], int dt3[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE]) {

	for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
		for (int j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) {
			for (int k = 0; k < ARRAY_SIZE; k++) {
				
				dt3[i][j] += dt1[i][k] * dt2[k][j];
				
			}
		}
	}
	return dt3[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE];
}

int main(void)
{
	int dt1[][ARRAY_SIZE] = { {1,2},{2,3} };
	int dt2[][ARRAY_SIZE] = { {3,4},{4,5} };
	int dt3[][ARRAY_SIZE] = { {0,0},{0,0} };
        
        doub(dt1, dt2, dt3);

	printf("dt1×dt2=\n");

	for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
		for (int j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) {
			printf("%3d", dt3[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}

	return 0;
}

Comments

[namnium1125]

間違えていないようですが...?( https://wandbox.org/permlink/AIsHWvEHxdFkb02i )実行時の詳しい情報等がもう少し欲しいですm(_ _)m

[h_proc]

すみません。私のミスでした。正しく実行されました。ありがとうございます。

[episteme]

doub の戻り値は何を返したいのかしら? 返すもんがないなら void でええよ。

[h_proc]

そうでした。返り値は毎回つけないといけないと思い込んでいました。ありがとうございます。

Answer 1

質問文のコードでも {{11,14},{18,23}} になるようですが、
すこし書き換えてみました。
mat.c

#include <stdio.h>

#define ARRAY_SIZE 2

void doub(int dt1[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE], int dt2[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE], int dt3[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE]) {
  for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
    for (int j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) {
      dt3[i][j] = 0;
      for (int k = 0; k < ARRAY_SIZE; k++) {
	dt3[i][j] += dt1[i][k] * dt2[k][j];
      }
    }
  }
}

int main(void)
{
  int dt1[][ARRAY_SIZE] = { {1,2},{2,3} };
  int dt2[][ARRAY_SIZE] = { {3,4},{4,5} };
  int dt3[][ARRAY_SIZE] = { {0,0},{0,0} };

  doub(dt1, dt2, dt3);

  printf("dt1×dt2=\n");

  for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
    for (int j = 0; j < ARRAY_SIZE; j++) {
      printf("%3d", dt3[i][j]);
    }
    printf("\n");
  }
  return 0;
}

実行例

ARRAY_SIZE は行列の列数になってます。
doub　で dt1[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE] のようにしているので。

追記
２x２， 3x3 の行列も扱えるようにしてみたものを示します。

#include <stdio.h>

void doub(int n, int dt1[][n], int dt2[][n], int dt3[][n]) {
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    for (int j = 0; j < n; j++) {
      dt3[i][j] = 0;
      for (int k = 0; k < n; k++) {
	dt3[i][j] += dt1[i][k] * dt2[k][j];
      }
    }
  }
}

void show_matrix(int n, int dt[][n]) {
  for (int i = 0; i < n; i++) {
    for (int j = 0; j < n; j++) {
      printf("%3d", dt[i][j]);
    }
    printf("\n");
  }
}

int main(void)
{
  int dt2_1[2][2] = { {1,2},{2,3} };
  int dt2_2[2][2] = { {3,4},{4,5} };
  int dt2_3[2][2] = { {0,0},{0,0} };

  doub(2, dt2_1, dt2_2, dt2_3);
  show_matrix(2, dt2_3);
  printf("\n");

  int dt3_1[3][3] = { {1,2,3},{2,3,0},{0,0,1} };
  int dt3_2[3][3] = { {3,4,0},{4,5,0},{0,0,1} };
  int dt3_3[3][3];

  doub(3, dt3_1, dt3_2, dt3_3);
  show_matrix(3, dt3_3);

  return 0;
}

実行例

Comments

[h_proc]

ありがとうございます。解決しました。
n次の定義方法はこれであっているのでしょうか。あと、n次の場合、初期化は毎回行わないといけないのでしょうか。
度々申し訳ありません。よろしくお願いいたします。

[katoy]

2x2 だけだなく、3x3 の積も計算する例を回答に追記しました。
値は毎回宣言 or 代入するひつｙいうはあります。積の結果を収める行列は値は未設定でもよいです。(積を計算する処理中で値をすべて上書きするから)

[h_proc]

ありがとうございます。最初のコードのままで、ARRAY_SIZE 3にする方法でも３次の計算は可能でしょうか。

[katoy]

> ... 最初のコードのままで、ARRAY_SIZE 3 ...
ご自分で試してみてください。
その上で問題・疑問がでたら、その詳細をお知らせください。

[h_proc]

そうですね。やってみます。聞いてばかりですみません。

Answer 2

こちらでコピペしてそのまま実行させたら、

dt1×dt2=
11 14
18 23

とでましたね
＃　VisualStudio2017community

---

んでついでに、

return dt3[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE];

動作には関係ないですが、なにげに範囲外アクセスになってますね

Comments

[h_proc]

範囲外アクセスとはどういうことでしょうか。このreturnは不要ですか。何もわかっていなくて、申し訳ありません。

[y_waiwai]

dt3 の定義は、
int dt3[ARRAY_SIZE][ARRAY_SIZE]
となってますが、これは、
dt3[0～ARRAY_SIZE-1][0～ARRAY_SIZE-1]
までの範囲でしか領域の想定はされてません
ってことで、
dt3[2][2]
の読み出しは範囲外となります

＃まあ、読み出しだけなら不具合はなさそうですが

[h_proc]

そうなんですね。全然知りませんでした。ありがとうございます。
ARRAY_SIZE 3にすれば有効になるということでしょうか。

[namnium1125]

いや多分元コードのままでは範囲外アクセスのままですよ…(dt3[3][3]にアクセスしてますので)

まぁ元から要らない返り値に関する話題ですが()

返り値が不要であること(と範囲外アクセスであったこと)以外に元コードに問題はなかったように感じます。

Answer 3

本質ではないですけど、dt3をゼロ行列で初期化しておかないと積関数の結果が合いませんよ。

まあ、初期化を関数の前でやれば良いのですが。

Answer 4

動的に次元を変更して計算させたいなら、malloc関数を使用して配列を動的に確保するか、予め大きめに配列を確保しておくという方法があります。

後者のほうが比較的楽です。

以下コード例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define ARRAY_MAX_SIZE 256
#define MEM 256 // 入出力用の定数ですので気にしないでください。

// 入力用関数

char* input(char* str, char* desc) {
	printf(desc);
	fgets(str, MEM, stdin);
	return str;
}

void doub(int dt1[ARRAY_MAX_SIZE][ARRAY_MAX_SIZE],
        int dt2[ARRAY_MAX_SIZE][ARRAY_MAX_SIZE],
        int dt3[ARRAY_MAX_SIZE][ARRAY_MAX_SIZE],
        int dim) { // dim は dimention の略
    for (int i = 0; i < dim; i++) {
        for (int j = 0; j < dim; j++) {
            dt3[i][j] = 0; // 追加
            for (int k = 0; k < dim; k++) {
                dt3[i][j] += dt1[i][k] * dt2[k][j];
            }
        }
    }
}

int main(void) {
    int
        dt1[ARRAY_MAX_SIZE][ARRAY_MAX_SIZE],
        dt2[ARRAY_MAX_SIZE][ARRAY_MAX_SIZE],
        dt3[ARRAY_MAX_SIZE][ARRAY_MAX_SIZE];

    char str[MEM];
    int dim = atoi(input(str, "dim? : "));


    // 入力

    printf("dt1\n");
    for (int i = 0; i < dim; i++) {
        for (int j = 0; j < dim; j++) {
            printf("i:%d j:%d : ", i, j);
            dt1[i][j] = atoi(input(str, ""));
        }
    }

    printf("dt2\n");
    for (int i = 0; i < dim; i++) {
        for (int j = 0; j < dim; j++) {
            printf("i:%d j:%d : ", i, j);
            dt2[i][j] = atoi(input(str, ""));
        }
    }

    // 計算

    // doub(dt1, dt2, dt3);
    doub(dt1, dt2, dt3, dim);

    // 出力

    printf("dt1 * dt2=\n");

    for (int i = 0; i < dim; i++) {
        for (int j = 0; j < dim; j++) {
            printf("%d ", dt3[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

入出力例:

$ ./tera
dim? : 2
dt1
i:0 j:0 : 1
i:0 j:1 : 2
i:1 j:0 : 2
i:1 j:1 : 3
dt2
i:0 j:0 : 3
i:0 j:1 : 4
i:1 j:0 : 4
i:1 j:1 : 5
dt1 * dt2=
11 14
18 23

Comments

[namnium1125]

コンパイルしなおすのが億劫なのだと仮定して回答しましたが、そうでないならば質問者様の方法も普通にアリだと思いますよ。

[namnium1125]

dt3[i][j] = 0;という処理を忘れておりましたので追記しておきました。