C言語 行列のファイル読み込み（と、ガウス消去法計算）

Question

大学の課題で、コンパイルは通ったのですが、うまく読み込んでいないようです。

ガウス消去法を用いて Ax = B を x について解くというもので、行列Aと行列Bはそれぞれ.csvファイルに保存されています。
行列Aはコマンドライン関数として、行列Bはプログラム内で読み込むことがそれぞれ指定されています。
プログラムを実行してみると、行列A,B共に１列目の数字を読み込んだ際に値が変わってしまっているようです。その原因がどこにあるのかがわからずに困っています。
行列Aは4行4列の以下のようなもので、
{3.1 -5.3 3.8 -3.8}
{4.1 5.9 4.6 3.2}
{-5.9 7.9 -2.6 7.9}
{2.6 -3.2 -4.3 -5}
行列Bは1行4列の以下のようなものです。
{3}
{2}
{5}
{-1}
原因を教えていただけないでしょうか。よろしくお願いします！！
以下にプログラムと実行結果を載せます。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include<string.h>
#include <math.h>
#define N 4	
#define EPS 1e-6
typedef double Matrix[N][N+1];


//行列を読み込む関数
void scan_data1(FILE* ifp, Matrix a)
{
	int num[N] = { 0 };		//列の数を数える
	for (int i = 0; i<N; i++) {
		for (int j = 0; j<N + 1; j++) {
			char data = 0;		//文字を読み込むための
			fscanf(ifp, "%c", &data);
			if (data == '\n') {		//改行していたら、ループを抜ける。
				break;
			}
			else if (data == '\0') {		//読み込みが終了したら、ループを抜ける。
				break;
			}
			fscanf(ifp, "%lf", &a[i][j]);		//数値を読み込む
		}
	}
}

void scan_data2(FILE* ifp, Matrix a)
{
	for (int i = 0; i < N; i++) {
		char data = 0;		//文字を読み込むための
		fscanf(ifp, "%c", &data);
		if (data == '\n') {		//改行していたら、ループを抜ける。
			break;
		}
		else if (data == '\0') {		//読み込みが終了したら、ループを抜ける。
			break;
		}
		fscanf(ifp, "%lf", &a[i][N]);		//数値を読み込む
	}
}

//行列を表示する
void print_matrix(Matrix a)
{
	for (int i = 0; i<N; i++) {
		for (int j = 0; j<N; j++) {
			printf("%8.3f ", a[i][j]);
		}
		printf("| %8.3f\n", a[i][N]);
	}
	printf("\n");
}

void change_low(Matrix a, int i)
{
	int k = i;	//最大となる行
	double max_value = fabs(a[i][i]);

	for (int j = i + 1; j<N; j++) {
		if (max_value<fabs(a[j][i])) {
			k = j;
			max_value = fabs(a[j][i]);
		}
	}
	if (max_value == fabs(a[i][i])) {		//入れ替えがなかったら
		printf("====	 No change!!  	====\n\n");
	}
	else {
		for (int j = 0; j<N + 1; j++) {
			double tmp = a[i][j];
			a[i][j] = a[k][j];
			a[k][j] = tmp;
		}
		printf("====  change!! low:%d low:%d	====\n\n", i + 1, k + 1);
		print_matrix(a);
	}
}

void forward_elimination(Matrix a)
{
	//前進消去
	printf("====Foward elimination====\n");
	for (int i = 0; i<N; i++) {
		change_low(a, i);
		double pivot = a[i][i];		//ピボット

		for (int j = i; j<N + 1; j++)
			a[i][j] /= pivot;

		//掃き出し計算
		for (int k = i + 1; k<N; k++) {
			if (k != i) {
				double d = a[k][i];
				for (int j = i; j<N + 1; j++)	//k行目をすべて揃えている
					a[k][j] -= d*a[i][j] / a[i][i];
			}
		}
		print_matrix(a);
	}
}

void backward_substitution(Matrix a)
{
	//後退代入
	printf("====Back substitution====\n");
	for (int i = N - 1; i >= 0; i--) {
		for (int j = i + 1; j < N; j++) {
			a[i][N] -= a[i][j] * a[j][N];
			a[i][j] = 0;
		}
		a[i][N] = a[i][N] / a[i][i];
		print_matrix(a);
	}
}

// ガウス消去法を使って連立方程式を解く
void gauss_elimination(Matrix a)
{
	forward_elimination(a);
	backward_substitution(a);
}

//計算結果を表示する
void print_result(Matrix a)
{
	printf("====results====\n");
	for (int i = 0; i<N; i++) {
		printf(" x%d = %9.3lf\n", i + 1, a[i][N]);
	}
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	FILE* ifp1 = NULL;  //入力用ファイルポインタ
	char* ifile1 = NULL;   //入力ファイル名
	ifile1 = argv[1];  //パラメータの1番目を入力ファイル名

	/*コマンドライン関数で読み込んだファイルを開く*/
	if (argc != 2) {   //実行時引数が1個なかったらエラーとする
		fprintf(stderr, "usage: %s inputfile outputfile\n", argv[0]);
		exit(1);
	}
	if ((ifp1 = fopen(ifile1, "rt")) == NULL) { //入力ファイルを開く
		fprintf(stderr, "Can't open file %s\a\n", ifile1); //開けなかったら終了
		exit(2);
	}

	/*解の書き込まれているファイルを開く。*/
	FILE* ifp2 = NULL;
	char* ifile2 = "b_vec.csv";
	if ((ifp2 = fopen(ifile2, "rt")) == NULL) { //入力ファイルを開く
		fprintf(stderr, "Can't open file %s\a\n", ifile2); //開けなかったら終了
		exit(3);
	}

	Matrix A = { 0 };

	scan_data1(ifp1, A);
	print_matrix(A);		//ファイルA確認
	scan_data2(ifp2, A);

	print_matrix(A);		//ファイルAB確認
	gauss_elimination(A);
	print_result(A);

	fclose(ifp1);   //ファイルを閉じる
	fclose(ifp2);

	return (0);
}

   0.100   -5.300    3.800   -3.800 |    0.000
   0.100    5.900    4.600    3.200 |    0.000
   5.900    7.900   -2.600    7.900 |    0.000
   0.600   -3.200   -4.300   -5.000 |    0.000

   0.100   -5.300    3.800   -3.800 |    2.000
   0.100    5.900    4.600    3.200 |    0.000
   5.900    7.900   -2.600    7.900 |    0.000
   0.600   -3.200   -4.300   -5.000 |    0.000

====Foward elimination====
====  change!! low:1 low:3      ====

   5.900    7.900   -2.600    7.900 |    0.000
   0.100    5.900    4.600    3.200 |    0.000
   0.100   -5.300    3.800   -3.800 |    2.000
   0.600   -3.200   -4.300   -5.000 |    0.000

   1.000    1.339   -0.441    1.339 |    0.000
   0.000    5.766    4.644    3.066 |    0.000
   0.000   -5.434    3.844   -3.934 |    2.000
   0.000   -4.003   -4.036   -5.803 |    0.000

====     No change!!    ====

   1.000    1.339   -0.441    1.339 |    0.000
   0.000    1.000    0.805    0.532 |    0.000
   0.000    0.000    8.221   -1.044 |    2.000
   0.000    0.000   -0.811   -3.675 |    0.000

====     No change!!    ====

   1.000    1.339   -0.441    1.339 |    0.000
   0.000    1.000    0.805    0.532 |    0.000
   0.000    0.000    1.000   -0.127 |    0.243
   0.000    0.000    0.000   -3.778 |    0.197

====     No change!!    ====

   1.000    1.339   -0.441    1.339 |    0.000
   0.000    1.000    0.805    0.532 |    0.000
   0.000    0.000    1.000   -0.127 |    0.243
   0.000    0.000    0.000    1.000 |   -0.052

====Back substitution====
   1.000    1.339   -0.441    1.339 |    0.000
   0.000    1.000    0.805    0.532 |    0.000
   0.000    0.000    1.000   -0.127 |    0.243
   0.000    0.000    0.000    1.000 |   -0.052

   1.000    1.339   -0.441    1.339 |    0.000
   0.000    1.000    0.805    0.532 |    0.000
   0.000    0.000    1.000    0.000 |    0.237
   0.000    0.000    0.000    1.000 |   -0.052

   1.000    1.339   -0.441    1.339 |    0.000
   0.000    1.000    0.000    0.000 |   -0.163
   0.000    0.000    1.000    0.000 |    0.237
   0.000    0.000    0.000    1.000 |   -0.052

   1.000    0.000    0.000    0.000 |    0.392
   0.000    1.000    0.000    0.000 |   -0.163
   0.000    0.000    1.000    0.000 |    0.237
   0.000    0.000    0.000    1.000 |   -0.052

====results====
 x1 =     0.392
 x2 =    -0.163
 x3 =     0.237
 x4 =    -0.052

Answer 1

ファイルからの読み込みで最初に１文字読み込んで、改行・EOFではなかったら数値として読み込もうとしているようですが、そうすると読み込むたびにファイルポインタが進み、数値を読み込むときには１文字ずれたところを読み込むことになります。
つまり3.1のところは、
最初のfscanfで3、次のfscanfで.1を処理していることになります。
１文字ずつ処理するのではなく、fscanfで１行まとめて処理してはどうでしょうか。

fscanf("%lf %lf %lf %lf", &a[i][0], &a[i][1], &a[i][2], &a[i][3]);

Comments

[ISARIA]

ポインタの考え方が間違っていたようです。
本当にありがとうございます！

Answer 2

行列Aのデータ｛｝付でファイルを作成しました。｛｝前後に空白無です。
{3.1 -5.3 3.8 -3.8}
{4.1 5.9 4.6 3.2}
{-5.9 7.9 -2.6 7.9}
{2.6 -3.2 -4.3 -5}
行列Bのデータも同様です。
{3}
{2}
{5}
{-1}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include<string.h>
#include <math.h>
#define N 4
#define EPS 1e-6
typedef double Matrix[N][N+1];


//行列を読み込む関数
void scan_data1(FILE* ifp, Matrix a)
{
    int num[N] = { 0 };        //列の数を数える
    for (int i = 0; i<N; i++) {
        fscanf(ifp, "%*1c%lf%lf%lf%lf%*2c", &a[i][0],&a[i][1],&a[i][2],&a[i][3]);        //数値を読み込む
    }
}

void scan_data2(FILE* ifp, Matrix a)
{
    for (int i = 0; i < N; i++) {
        fscanf(ifp, "%*1c%lf%*2c", &a[i][N]);        //数値を読み込む
    }
}

//行列を表示する
void print_matrix(Matrix a)
{
    for (int i = 0; i<N; i++) {
        for (int j = 0; j<N; j++) {
            printf("%8.3f ", a[i][j]);
        }
        printf("| %8.3f\n", a[i][N]);
    }
    printf("\n");
}

void change_low(Matrix a, int i)
{
    int k = i;    //最大となる行
    double max_value = fabs(a[i][i]);

    for (int j = i + 1; j<N; j++) {
        if (max_value<fabs(a[j][i])) {
            k = j;
            max_value = fabs(a[j][i]);
        }
    }
    if (max_value == fabs(a[i][i])) {        //入れ替えがなかったら
        printf("====     No change!!      ====\n\n");
    }
    else {
        for (int j = 0; j<N + 1; j++) {
            double tmp = a[i][j];
            a[i][j] = a[k][j];
            a[k][j] = tmp;
        }
        printf("====  change!! low:%d low:%d    ====\n\n", i + 1, k + 1);
        print_matrix(a);
    }
}

void forward_elimination(Matrix a)
{
    //前進消去
    printf("====Foward elimination====\n");
    for (int i = 0; i<N; i++) {
        change_low(a, i);
        double pivot = a[i][i];        //ピボット

        for (int j = i; j<N + 1; j++)
            a[i][j] /= pivot;

        //掃き出し計算
        for (int k = i + 1; k<N; k++) {
            if (k != i) {
                double d = a[k][i];
                for (int j = i; j<N + 1; j++)    //k行目をすべて揃えている
                    a[k][j] -= d*a[i][j] / a[i][i];
            }
        }
        print_matrix(a);
    }
}

void backward_substitution(Matrix a)
{
    //後退代入
    printf("====Back substitution====\n");
    for (int i = N - 1; i >= 0; i--) {
        for (int j = i + 1; j < N; j++) {
            a[i][N] -= a[i][j] * a[j][N];
            a[i][j] = 0;
        }
        a[i][N] = a[i][N] / a[i][i];
        print_matrix(a);
    }
}

// ガウス消去法を使って連立方程式を解く
void gauss_elimination(Matrix a)
{
    forward_elimination(a);
    backward_substitution(a);
}

//計算結果を表示する
void print_result(Matrix a)
{
    printf("====results====\n");
    for (int i = 0; i<N; i++) {
        printf(" x%d = %9.3lf\n", i + 1, a[i][N]);
    }
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    FILE* ifp1 = NULL;  //入力用ファイルポインタ
    char* ifile1 = NULL;   //入力ファイル名
    ifile1 = argv[1];  //パラメータの1番目を入力ファイル名

    /*コマンドライン関数で読み込んだファイルを開く*/
    if (argc != 2) {   //実行時引数が1個なかったらエラーとする
        fprintf(stderr, "usage: %s inputfile outputfile\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    if ((ifp1 = fopen(ifile1, "rt")) == NULL) { //入力ファイルを開く
        fprintf(stderr, "Can't open file %s\a\n", ifile1); //開けなかったら終了
        exit(2);
    }

    /*解の書き込まれているファイルを開く。*/
    FILE* ifp2 = NULL;
    char ifile2[] = "b_vec.csv";
    if ((ifp2 = fopen(ifile2, "rt")) == NULL) { //入力ファイルを開く
        fprintf(stderr, "Can't open file %s\a\n", ifile2); //開けなかったら終了
        exit(3);
    }

    Matrix A = { 0 };

    scan_data1(ifp1, A);
    print_matrix(A);        //ファイルA確認
    scan_data2(ifp2, A);

    print_matrix(A);        //ファイルAB確認
    gauss_elimination(A);
    print_result(A);

    fclose(ifp1);   //ファイルを閉じる
    fclose(ifp2);

    return (0);
}

Comments

[ISARIA]

ありがとうございます！

Answer 3

        char data = 0;        //文字を読み込むための
        fscanf(ifp, "%c", &data);
        if (data == '\n') {        //改行していたら、ループを抜ける。
            break;
        }
        else if (data == '\0') {        //読み込みが終了したら、ループを抜ける。
            break;
        }
        fscanf(ifp, "%lf", &a[i][N]);        //数値を読み込む

これだと例えば「3.1」を読もうとした際、

1. 最初のfscanfで3を読む
2. 改行や終端じゃないので続ける
3. 次のfscanfで.1を読む

と、各行の最初の1文字は捨てられます。

Comments

[ISARIA]

ありがとうございます！