【基本情報技術者試験平成15年秋期午後】問題と解答

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平成15年秋期基本情報技術者午後問12

問12　　 Java

　次の Java プログラムの説明及びプログラムを読んで，設問に答えよ。

〔プログラムの説明〕

　クラス Matrix は，要素の値が実数である行列を表すクラスであり，主な行列演算のためのメソッドを定義する。クラス MatrixTest は，クラス Matrix のオブジェクトをテストするメソッド main を定義するクラスである。クラス Matrix の仕様は，次のとおりである。

(1)　クラス Matrix のコンストラクタは，行列の要素の値を含む double[][] 型の引数をもつ。行及び列は null ではなく，各行の要素の個数は同一であるとする。空行列は考えない。

(2)　メソッド toString によって返される行列オブジェクトの文字列表現は，次のとおりである。

[[1 行 1 列 1 行 2 列 … 1 行 N 列] … [M 行 1 列 M 行 2 列 … M 行 N 列]]

MatrixTest 例 1 行列の文字列表現は，[[1.0 2.0][3.0 4.0]] となる。

(3)　メソッド add に，行列オブジェクトの引数を渡すと，オブジェクト this と引数のオブジェクトとの和の行列を返す。行列の和は，二つの行列の行数と列数がそれぞれ等しい場合にだけ定義される。

MatrixTest 例 2 行列と行列との和は，になる。オブジェクト this との和が定義されない行列オブジェクトが引数に渡された場合には，例外 MatrixArithmeticException を投げる。

(4)　メソッド multiply に，実数の引数を渡すと，オブジェクト this の要素ごとにその引数を乗算した結果の行列を返す。

MatrixTest 例 3 行列と実数 2.0 との積は，になる。

(5)　メソッド multiply に，行列オブジェクトの引数を渡すと，オブジェクト this と引数のオブジェクトとの積の行列を返す。 k 行 l 列の行列 A と， m 行 n 列の行列 B との積 A B は，行列 A の列数と行列 B の行数が等しい，すなわち l ＝ m であるときにだけ定義される。 A B ＝ C とするとき，積の行列 C は k 行 n 列になる。このとき，行列 C の第 i 行第 j 列の要素の値は，行列 A の i 行 x 列（ここで， x ＝ 1，…， l ）の値と行列 B の x 行 j 列の値とを掛けて得られる l 個の実数の和である。

MatrixTest 例４行列と行列との積は，になる。オブジェクト this との積が定義されない行列オブジェクトが引数に渡された場合には，例外 MatrixArithmeticException を投げる。

〔プログラム〕

class MatrixArithmeticException extends Exception { }
public class Matrix {
   private double[][] values;
   public Matrix(double[][] initVal) {
      values = new double[initVal.length][initVal[0].length];
      // 配列 initVal の内容を配列 values にコピーする
      for (int i = 0; i < initVal.length; i++) {
         System.arraycopy(initVal[i], 0, values[i], 0,
                          initVal[i].length);
      }
   }
   public Matrix add(Matrix m) throws MatrixArithmeticException {
      if ()
         throw new MatrixArithmeticException();
      double[][] result =
         new double[values.length][values[0].length];
      for (int i = 0; i < values.length; i++) {
         for (int j = 0; j < values[0].length; j++) {
            result[i][j] = values[i][j] + m.values[i][j];
         }
      }
      ;
   }
   public Matrix multiply(Matrix m)
      throws MatrixArithmeticException {
      if ()
         throw new MatrixArithmeticException();
      double[][] result =
         new double[values.length][m.values[0].length];
      for (int i = 0; i < values.length; i++) {
         for (int j = 0; j < m.values[0].length; j++) {
            for (int k = 0; k < m.values.length; k++) {
               result[i][j] += values[i][k] * m.values[k][j];
            }
         }
      }
      ;
   }
   public Matrix multiply(double d) {
      double[][] result =
         new double[values.length][values[0].length];
      for (int i = 0; i < values.length; i++) {
         for (int j = 0; j < values[0].length; j++) {
            result[i][j] = values[i][j] * d;
         }
      }
      ;
   }
   public String toString() { 
      StringBuffer rep = new StringBuffer("[");
      for (int i = 0; i < values.length; i++) {
         rep.append("[");
         for (int j = 0; j < values[0].length; j++) {
            rep.append(((j > 0) ? " " : "") + values[i][j]);
         }
         rep.append("]");
      }
      rep.append("]");
      ;
   }
}
class MatrixTest {
   public static void main(String[] args)
    throws MatrixArithmeticException {
    // 例１
    Matrix matrix0 =
     new Matrix(new double[][]{{1.0, 2.0}, {3.0, 4.0}});
    System.out.println(matrix0);
    // 例２
    Matrix matrix1 = 
     new Matrix(new double[][]{{1.0, 2.0, 3.0}, {4.0, 5.0, 6.0}});
    Matrix matrix2 =
     new Matrix(new double[][]{{1.2, 1.3, 1.4}, {1.5, 1.6, 1.7}});
    System.out.println(matrix1.add(matrix2));
    // 例３
    double d = 2.0;
    System.out.println(matrix0.multiply(d));
    // 例４
    Matrix matrix3 =
     new Matrix(new double[][]{{1.0, 2.0, 3.0}, {4.0, 5.0, 6.0}});
    Matrix matrix4 =
     new Matrix(new double[][]{{1.0, 0.0}, {0.0, 1.0}, {1.0, 0.0}});
    System.out.println(matrix3.multiply(matrix4));
    }
}