java 行列式の計算

Question

Javaで行列式を計算するプログラムを書いています。

いくつかのサイトを参考にして書いてみたのですが、正しい答えが得られません、、、

Matrixクラスには二重のArrayList型である、matrixがあり、Matrixのインスタンスを生成する時に引数に指定したファイルから行列を読み込みます。（ファイルから正しく読み込むことはできています。）

det()についてですが、自分で確認してみた限りでは、

buf=m.matrix.get(j).get(i)/m.matrix.get(i).get(i);

この部分の分母が0になってしまうことで、InfinityやNaNになってしまっているということまでは確認できたのですが、これをどう修正すれば正しい計算ができるのかわかりません、、、

元の行列は

2.0 4.0 -2.0 -4.0
-6.0 -12.0 12.0 24.0
4.0 2.0 2.0 -4.0
2.0 -4.0 -2.0 4.0

で、正しい行列式の値は、1344なのですが、今のプログラムではNaNになってしまっています。

public static void main(String[] args) {
		
		Matrix m = new Matrix(args[0]);
		double det = 0;
		det = m.det();
		System.out.println("Det: "+ det);
		
		try {
			BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(args[1]));
			writer.write(String.valueOf(det));
			writer.close();
		}catch(Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

double det() {
		//行列をコピー
		Matrix m =new Matrix();
		for(int i=0;i<matrix.size();i++) {
			ArrayList<Double> sub = new ArrayList<Double>();
			for(int j=0;j<matrix.get(0).size();j++) {
				sub.add(matrix.get(i).get(j));
			}
			m.matrix.add(sub);
		}
　　　　//コピーが正しくされたか確認
		m.show();
		
		double det=1.0;
		double buf=0;
		int n= m.matrix.size();
		
		for(int i=0;i<n;i++) {
			for(int j=0;j<n;j++) {
				if(i<j) {
					buf=m.matrix.get(j).get(i)/m.matrix.get(i).get(i);
					for(int k=0;k<n;k++) {
					m.matrix.get(j).set(k, m.matrix.get(j).get(k)-(m.matrix.get(i).get(k)*buf));
					}
				}
			}
		}
			
		for(int i=0;i<n;i++) {
			det*=m.matrix.get(i).get(i);
		}
		
		return det;
	}

void show() {
		for(int i=0;i<matrix.size();i++) {
			for(int j=0;j<matrix.get(0).size();j++) {
				System.out.print(" "+matrix.get(i).get(j));
				if(i!=matrix.size()-1) {
					if(j==matrix.get(0).size()-1) {
						System.out.println();
					}
				}
			}
			if(i==matrix.size()-1) {
				System.out.println();
			}
		}
	}

Comments

[hoshi-takanori]

割り算の分母が 0 になる場合、正しい答えは存在しませんので、元の計算式が間違ってるか、データが不適切か、いずれにせよプログラム以前に何を計算したいのかを考え直す必要があるかと。

Answer 1

対角行列を作ろうとする途中で、対角成分が0になります。

Answer 2

import java.util.*;  // ArrayList, Arrays, Collections

class Matrix {
    ArrayList<ArrayList<Double>> matrix;

    Matrix(Double[][] d) {
        matrix = new ArrayList<>();
        for (var e : d)
            matrix.add(new ArrayList<Double>(Arrays.asList(e)));
    }

	double det() {
		int n = matrix.size();
		double det = 1;
		for (int k = 0; k < n; k++) {
			if (matrix.get(k).get(k) == 0)
				for (int i = k+1; i < n; i++)
					if (matrix.get(i).get(k) != 0) {
						Collections.swap(matrix, i, k);
						det = -det;
						break;
					}

			for (int i = k+1; i < n; i++) {
				double t = matrix.get(i).get(k) / matrix.get(k).get(k);
				for (int j = k; j < n; j++)
					matrix.get(i).set(j,
						matrix.get(i).get(j) - t * matrix.get(k).get(j));
			}
			det *= matrix.get(k).get(k);
		}
		return det;
	}
}

class Main {
	public static void main(String[] args) {
		Double[][] d = {
			{  2.0,   4.0, -2.0, -4.0 },
			{ -6.0, -12.0, 12.0, 24.0 },
			{  4.0,   2.0,  2.0, -4.0 },
			{  2.0,  -4.0, -2.0,  4.0 },
		};
		Matrix m = new Matrix(d);
		System.out.println("Det: " + m.det());
	}
}

ArrayList<ArrayList<Double>> の代わりに double[][] を使えば、
もっと簡単に書けるのに、なぜそうしないのですか？