NeuronalesNetz_Team5/matrix.c

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "matrix.h"

// TODO Matrix-Funktionen implementieren

/*
Matrix createMatrix(unsigned int rows, unsigned int cols)
{
   
    Matrix result;

    // Sonderfall: ungültige Dimensionen
    if (rows == 0 || cols == 0)
    {
        result.rows = 0;
        result.cols = 0;
        result.buffer = NULL;
        return result;
    }

    // Speicher für rows * cols Elemente vom Typ MatrixType reservieren
    result.buffer = malloc(rows * cols * sizeof(MatrixType));

    // Wenn malloc fehlschlägt, Matrix als leer zurückgeben
    if (result.buffer == NULL)
    {
        result.rows = 0;
        result.cols = 0;
        return result;
    }

    // Erfolgreiche Initialisierung
    result.rows = rows;
    result.cols = cols;
    return result;
}

*/

// Erstellt eine neue Matrix mit gegebener Zeilen- und Spaltenanzahl
Matrix createMatrix(unsigned int rows, unsigned int cols)
{
    Matrix matrix = {NULL,0, 0}; // Initialisierung mit leeren Werten
    if (rows == 0 || cols == 0) return matrix; // Ungültige Dimensionen → leere Matrix zurückgeben

    matrix.rows = rows;
    matrix.cols = cols;
    matrix.buffer = malloc(rows * cols * sizeof(MatrixType)); // Speicher für die Matrixdaten reservieren

    if (matrix.buffer == NULL) { // Falls Speicherreservierung fehlschlägt
        matrix.rows = 0;
        matrix.cols = 0;
    }

    return matrix;
}

// Gibt den Speicher einer Matrix frei und setzt die Werte auf Null
void clearMatrix(Matrix *matrix)
{
    if (matrix->buffer != NULL) {
        free(matrix->buffer); // Speicher freigeben
        matrix->buffer = NULL;
    }
    matrix->rows = 0;
    matrix->cols = 0;
}

// Setzt einen Wert an eine bestimmte Position in der Matrix
void setMatrixAt(MatrixType value, Matrix matrix, unsigned int rowIdx, unsigned int colIdx)
{
    if (rowIdx >= matrix.rows || colIdx >= matrix.cols || matrix.buffer == NULL) return;
    matrix.buffer[rowIdx * matrix.cols + colIdx] = value; // Indexberechnung: Zeile * Spaltenanzahl + Spalte
}

// Gibt den Wert an einer bestimmten Position zurück
MatrixType getMatrixAt(const Matrix matrix, unsigned int rowIdx, unsigned int colIdx)
{
    if (rowIdx >= matrix.rows || colIdx >= matrix.cols || matrix.buffer == NULL)
        return UNDEFINED_MATRIX_VALUE; // Rückgabe eines Standardwerts bei ungültigem Zugriff
    return matrix.buffer[rowIdx * matrix.cols + colIdx];
}

// Addiert zwei Matrizen miteinander (entweder elementweise oder mit Broadcasting)
Matrix add(const Matrix matrix1, const Matrix matrix2)
{
    Matrix result = {NULL,0, 0};

    // Elementweise Addition: gleiche Dimensionen
    if (matrix1.rows == matrix2.rows && matrix1.cols == matrix2.cols) {
        result = createMatrix(matrix1.rows, matrix1.cols);
        if (result.buffer == NULL) return result;

        for (unsigned int i = 0; i < matrix1.rows * matrix1.cols; ++i)
            result.buffer[i] = matrix1.buffer[i] + matrix2.buffer[i];

        return result;
    }

    // Broadcasting: eine Matrix hat nur eine Spalte (Spaltenvektor)
    if (matrix1.rows == matrix2.rows && (matrix1.cols == 1 || matrix2.cols == 1)) {
        Matrix matrix = matrix1.cols == 1 ? matrix1 : matrix2; // Vektor
        Matrix other = matrix1.cols == 1 ? matrix2 : matrix1;  // Matrix

        result = createMatrix(other.rows, other.cols);
        if (result.buffer == NULL) return result;

        for (unsigned int r = 0; r < other.rows; ++r) {
            MatrixType val = matrix.buffer[r]; // Wert aus dem Vektor
            for (unsigned int c = 0; c < other.cols; ++c)
                result.buffer[r * other.cols + c] = other.buffer[r * other.cols + c] + val;
        }
        return result;
    }

    return result; // Rückgabe einer leeren Matrix bei inkompatiblen Dimensionen
}

// Multipliziert zwei Matrizen miteinander (Matrixmultiplikation)
Matrix multiply(const Matrix matrix1, const Matrix matrix2)
{
    Matrix result = {NULL,0, 0};

    if (matrix1.cols != matrix2.rows) return result; // Dimensionen müssen passen: A.cols == B.rows

    result = createMatrix(matrix1.rows, matrix2.cols);
    if (result.buffer == NULL) return result;

    // Matrixmultiplikation: Zeile von A mit Spalte von B multiplizieren
    for (unsigned int i = 0; i < matrix1.rows; ++i) {
        for (unsigned int j = 0; j < matrix2.cols; ++j) {
            MatrixType sum = 0;
            for (unsigned int k = 0; k < matrix1.cols; ++k) {
                sum += getMatrixAt(matrix1, i, k) * getMatrixAt(matrix2, k, j);
            }
            setMatrixAt(sum, result, i, j);
        }
    }

    return result;
}