[C言語] 行列を初期化する方法

Q: 行列のサイズを変更するにはどうすればよいですか？

行列のサイズを変更するには、動的メモリを使用する方法が一般的です。 mallocやrealloc関数を用いることで、実行時に行列のサイズを変更できます。 例えば、reallocを使用して既存の行列のサイズを変更することが可能です。 例：matrix = realloc(matrix, new_size * sizeof(int *));

2023-07-202024-08-25

C言語で行列を初期化する方法は、配列を用いることで実現できます。行列は通常、二次元配列として表現されます。

例えば、3行3列の行列を初期化するには、int matrix[3][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 9}};のように記述します。

この方法では、各行の要素を波括弧で囲み、カンマで区切って指定します。未指定の要素はゼロで初期化されます。

また、memset関数を使用して、行列全体をゼロで初期化することも可能です。

この記事でわかること

静的初期化と動的初期化の違いと実装方法
mallocとcallocを用いた動的メモリの使用法
forループとwhileループを用いた行列の初期化方法
単位行列、ゼロ行列、ランダム行列の初期化例
行列の初期化における一般的なエラーとその対処法

目次から探す

行列の初期化方法

C言語における行列の初期化は、プログラムの効率性や可読性に大きく影響します。

ここでは、静的初期化、動的初期化、ループを用いた初期化の3つの方法について詳しく解説します。

静的初期化

静的初期化は、コンパイル時に行列のサイズと初期値を決定する方法です。

メモリの効率的な使用が可能で、コードの可読性も高まります。

静的配列による初期化

静的配列を用いた初期化は、行列のサイズが固定されている場合に有効です。

以下に例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    // 2x3の行列を静的に初期化
    int matrix[2][3] = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6}
    };
    // 行列の要素を出力
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

1 2 3 
4 5 6

この方法では、行列のサイズと初期値を明示的に指定するため、コードの可読性が高くなります。

多次元配列の初期化

多次元配列を用いることで、より複雑な行列の初期化が可能です。

以下に3×3の行列を初期化する例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    // 3x3の行列を静的に初期化
    int matrix[3][3] = {
        {1, 0, 0},
        {0, 1, 0},
        {0, 0, 1}
    };
    // 行列の要素を出力
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

1 0 0 
0 1 0 
0 0 1

この例では、単位行列を初期化しています。

多次元配列を用いることで、行列の構造を視覚的に把握しやすくなります。

動的初期化

動的初期化は、プログラムの実行時に行列のサイズを決定する方法です。

メモリの効率的な使用が可能で、柔軟性が高まります。

malloc関数を用いた初期化

malloc関数を用いることで、動的にメモリを確保し、行列を初期化することができます。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int rows = 2;
    int cols = 3;
    // 行列のメモリを動的に確保
    int **matrix = (int **)malloc(rows * sizeof(int *));
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        matrix[i] = (int *)malloc(cols * sizeof(int));
    }
    // 行列を初期化
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            matrix[i][j] = i * cols + j + 1;
        }
    }
    // 行列の要素を出力
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    // メモリを解放
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(matrix[i]);
    }
    free(matrix);
    return 0;
}

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4 5 6

mallocを用いることで、行列のサイズを柔軟に変更することができます。

ただし、メモリの解放を忘れないように注意が必要です。

calloc関数を用いた初期化

calloc関数は、mallocと同様に動的メモリを確保しますが、確保したメモリをゼロで初期化します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    int rows = 2;
    int cols = 3;
    // 行列のメモリを動的に確保し、ゼロで初期化
    int **matrix = (int **)calloc(rows, sizeof(int *));
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        matrix[i] = (int *)calloc(cols, sizeof(int));
    }
    // 行列の要素を出力
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    // メモリを解放
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(matrix[i]);
    }
    free(matrix);
    return 0;
}

0 0 0 
0 0 0

callocを用いることで、初期化の手間を省くことができます。

ゼロで初期化されるため、特定の用途に便利です。

ループを用いた初期化

ループを用いることで、行列の各要素をプログラム的に初期化することができます。

forループによる初期化

forループを用いることで、行列の各要素を順次初期化します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int matrix[2][3];
    // forループを用いて行列を初期化
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            matrix[i][j] = i * 3 + j + 1;
        }
    }
    // 行列の要素を出力
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

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4 5 6

forループを用いることで、行列の各要素をプログラム的に制御しながら初期化できます。

whileループによる初期化

whileループを用いることで、条件に基づいて行列を初期化することができます。

#include <stdio.h>
int main() {
    int matrix[2][3];
    int i = 0, j = 0;
    int value = 1;
    // whileループを用いて行列を初期化
    while (i < 2) {
        while (j < 3) {
            matrix[i][j] = value++;
            j++;
        }
        j = 0; // 列をリセット
        i++;
    }
    // 行列の要素を出力
    for (i = 0; i < 2; i++) {
        for (j = 0; j < 3; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

1 2 3 
4 5 6

whileループを用いることで、より柔軟な条件で行列を初期化することが可能です。

応用例

行列の初期化は、特定の用途に応じてさまざまな形で応用することができます。

ここでは、単位行列、ゼロ行列、ランダム行列の初期化方法について解説します。

単位行列の初期化

単位行列は、対角要素が1で、それ以外の要素が0の正方行列です。

以下に、3×3の単位行列を初期化する例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int size = 3;
    int matrix[3][3] = {0}; // すべての要素を0で初期化
    // 単位行列の初期化
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        matrix[i][i] = 1;
    }
    // 行列の要素を出力
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        for (int j = 0; j < size; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

1 0 0 
0 1 0 
0 0 1

この方法では、対角要素のみを1に設定することで、単位行列を効率的に初期化できます。

ゼロ行列の初期化

ゼロ行列は、すべての要素が0の行列です。

以下に、2×3のゼロ行列を初期化する例を示します。

#include <stdio.h>
int main() {
    int rows = 2;
    int cols = 3;
    int matrix[2][3] = {0}; // すべての要素を0で初期化
    // 行列の要素を出力
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

0 0 0 
0 0 0

ゼロ行列は、初期化時にすべての要素を0に設定するだけで簡単に作成できます。

ランダム行列の初期化

ランダム行列は、各要素がランダムな値を持つ行列です。

以下に、2×3のランダム行列を初期化する例を示します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    int rows = 2;
    int cols = 3;
    int matrix[2][3];
    // 乱数の種を初期化
    srand(time(NULL));
    // ランダム行列の初期化
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            matrix[i][j] = rand() % 10; // 0から9のランダムな値
        }
    }
    // 行列の要素を出力
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}