【C言語】行列の主対角要素と副対角要素を入れ替えるプログラム

問題概要

本記事では、行列の主対角要素(左上から右下へ向かう対角線上の要素)と副対角要素(右上から左下へ向かう対角線上の要素)を入れ替えるC言語プログラムを紹介します。行列のサイズは実行時に入力として受け取ります。

入力された行数 m と列数 n が一致しない場合には「正方行列ではありません」というメッセージを表示します。主対角要素と副対角要素の入れ替えが可能なのは、行数と列数が等しい正方行列に限られるためです。

解決策

行列の対角要素を入れ替えるCプログラムの実装手順は以下の通りです。

対角要素を入れ替えるための基本ロジックは次のようになります。

for (i=0;i<m;++i){
    a = ma[i][i];
    ma[i][i] = ma[i][m-i-1];
    ma[i][m-i-1] = a;
}

このループでは、各行 i について、まず主対角要素 ma[i][i] の値を一時変数 a に退避させ、その後、副対角要素 ma[i][m-i-1] の値と交換しています。これをすべての行に対して繰り返すことで、両対角線上の要素が完全に入れ替わります。

サンプルコード

以下は、行列の主対角要素と副対角要素を入れ替えるC言語プログラムの完全なソースコードです。

#include<stdio.h>
main (){
    int i,j,m,n,a;
    static int ma[10][10];
    printf ("Enter the order of the matrix m and n\n");
    scanf ("%dx%d",&m,&n);
    if (m==n){
        printf ("Enter the co-efficients of the matrix\n");
        for (i=0;i<m;++i){
            for (j=0;j<n;++j){
                scanf ("%d",&ma[i][j]);
            }
        }
        printf ("The given matrix is \n");
        for (i=0;i<m;++i){
            for (j=0;j<n;++j){
                printf (" %d",ma[i][j]);
            }
            printf ("\n");
        }
        for (i=0;i<m;++i){
            a = ma[i][i];
            ma[i][i] = ma[i][m-i-1];
            ma[i][m-i-1] = a;
        }
        printf ("Matrix after changing the \n");
        printf ("Main & secondary diagonal\n");
        for (i=0;i<m;++i){
            for (j=0;j<n;++j){
                printf (" %d",ma[i][j]);
            }
            printf ("\n");
        }
    }
    else
        printf ("The given order is not square matrix\n");
}

このプログラムの処理の流れは次の通りです。

• 行列の次数(行数 m と列数 n)をキーボードから入力します。
• m と n が等しい場合、行列の各要素を入力し、元の行列を画面に表示します。
• for ループを使って、主対角要素と副対角要素を一時変数経由で入れ替えます。
• 入れ替え後の行列を表示します。
• m と n が異なる場合は、正方行列ではない旨のメッセージを出力して終了します。

実行結果

上記のプログラムを実際に実行すると、以下のような出力が得られます。

Run 1:
Enter the order of the matrix m and n
3x3
Enter the co-efficient of the matrix
1
2
3
4
5
6
7
8
9
The given matrix is
1 2 3
4 5 6
7 8 9
Matrix after changing the
Main & secondary diagonal
3 2 1
4 5 6
9 8 7

Run 2:
Enter the order of the matrix m and n
4x3
The given order is not square matrix

Run 1 のように 3x3 の正方行列を入力すると、対角要素が正しく入れ替えられた行列が出力され、Run 2 のように 4x3 の非正方行列を入力すると、エラーメッセージが表示されることが確認できます。