Khalikov Azat P3213 add lab1-lab6

Р3213/khalikov_409785/.gitignore

@@ -0,0 +1 @@
+__pycache__/

Р3213/khalikov_409785/lab1/src/exceptions.py

@@ -0,0 +1,22 @@
+class TooBigN(Exception):
+    pass
+
+
+class TooSmallN(Exception):
+    pass
+
+
+class NMustBeInt(Exception):
+    pass
+
+
+class NoNInFile(Exception):
+    pass
+
+
+class TooShortRow(Exception):
+    pass
+
+
+class IncorrectMatrix(Exception):
+    pass

Р3213/khalikov_409785/lab1/src/main.py

@@ -0,0 +1,47 @@
+import numpy as np
+import copy
+import method
+from method import *
+from reader import *
+from utils import *
+import numpy as np
+
+
+def main():
+    n = read_n()
+
+    matrix = read_matrix(n)
+
+    b = get_vector_from_matrix(matrix)
+
+    matrix = separate_matrix_from_vector(matrix)
+
+    A = np.array(matrix)
+
+    B = np.array(b)
+
+    matrix_copy = copy.deepcopy(matrix)
+    b_copy = b.copy()
+
+    answer = gaussian_elimination_modified(matrix, b)
+
+    print("\nОтвет:")
+    print_vector(answer)
+
+    print(
+        f"\nОпределитель:\n{calc_determinant_triangle(diagonal(matrix), method.permutations)}")
+
+    print("\nНевязка:")
+    print_vector(calc_residual(matrix_copy, b_copy, answer))
+
+    numpy_answer = np.linalg.solve(A, B)
+    numpy_det = np.linalg.det(A)
+
+    print("\nОтвет, полученный с помощью библиотек:")
+    print_vector(numpy_answer)
+    print("\nОпределитель, полученный с помощью библиотек:")
+    print(numpy_det)
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    main()

Р3213/khalikov_409785/lab1/src/method.py

@@ -0,0 +1,107 @@
+from printer import *
+from utils import *
+import math
+
+permutations = 0
+
+# метод Гаусса с выбором главного элемента
+
+
+def gaussian_elimination_modified(matrix, b):
+    last_permutations = permutations
+
+    print("Исходная матрица:")
+    print_matrix(matrix)
+    print()
+
+    n = len(matrix)
+    x = [0]*n
+
+    # прямой ход
+    for i in range(n-1):
+        print("\nДо:")
+        print_matrix(matrix)
+        print()
+
+        modified_replace(matrix, i, b)
+
+        print(f"Меняем строки местами... (k = {i})")
+        print_matrix(matrix)
+
+        print("\nНичего не изменилось" if last_permutations == permutations else "")
+
+        last_permutations = permutations
+
+        for k in range(i+1, n):
+
+            c = matrix[k][i] / matrix[i][i]
+
+            matrix[k][i] = 0
+
+            for j in range(i+1, n):
+                matrix[k][j] = matrix[k][j] - c*matrix[i][j]
+
+            b[k] = b[k] - c * b[i]
+
+    print("\nИтоговая матрица:")
+    append_vector_to_matrix(b, matrix)
+    print_matrix(matrix)
+    print()
+
+    # обратный ход
+
+    for i in range(n-1, -1, -1):
+        try:
+            s = 0
+            for j in range(i+1, n):
+                s += matrix[i][j]*x[j]
+            x[i] = (b[i] - s) / matrix[i][i]
+        except ZeroDivisionError:
+            print("Решени либо нет, либо их бесконечно много")
+            exit(0)
+
+    return x
+
+# перестановка строк
+
+
+def modified_replace(matrix, i, b):
+    global permutations
+    l = i
+    n = len(matrix)
+    for m in range(i+1, n):
+        if abs(matrix[m][i]) > abs(matrix[l][i]):
+            l = m
+    if l == i:
+        return
+    else:
+        matrix[i], matrix[l] = matrix[l], matrix[i]
+        b[i], b[l] = b[l], b[i]
+        permutations += 1
+
+# невязка Ax* - b = r
+
+
+def calc_residual(matrix, b, x):
+
+    n = len(matrix)
+    residual = []
+    for i in range(n):
+        r = 0
+        for j in range(n):
+            r += matrix[i][j] * x[j]
+        r -= b[i]
+        residual.append(r)
+    return residual
+
+# получить главную диагональ
+
+
+def diagonal(matrix):
+    return [matrix[i][i] for i in range(len(matrix))]
+
+
+# посчитать определитель треугольной матрицы
+def calc_determinant_triangle(diagonal, k):
+
+    return (-1)**k * math.prod(diagonal)

Р3213/khalikov_409785/lab1/src/printer.py

@@ -0,0 +1,13 @@
+from tabulate import tabulate
+
+
+def print_matrix(matrix):
+    print(tabulate(matrix, tablefmt="rounded_grid"))
+
+
+def print_vector(vector):
+    vector_t = []
+    for x in vector:
+        vector_t.append([x])
+
+    print(tabulate(vector_t,  tablefmt="rounded_grid"))

Р3213/khalikov_409785/lab1/src/reader.py

@@ -0,0 +1,130 @@
+from printer import print_matrix
+from utils import validate_n
+from tabulate import tabulate
+from exceptions import *
+
+
+def read_n():
+    try:
+        while True:
+            in_n = input(
+                "Введите размерность матрицы (n ≤ 20).\nВыберите способ:\n1. Вручную\n2. Из файла\n"
+            ).strip().lower()
+
+            if in_n in ("1", "вручную"):
+                return read_n_manual()
+
+            elif in_n in ("2", "из файла"):
+                return read_n_from_file()
+
+    except KeyboardInterrupt:
+        print("\nВыход...\n")
+        exit(0)
+
+
+def read_n_manual():
+    while True:
+        n = input("Введите размерность матрицы:\n").strip()
+        n = validate_n(n)
+        if n is not None:
+            return n
+
+
+def read_n_from_file():
+    while True:
+        file = input("Введите имя файла, в первой строке которого содержится размерность матрицы:\n").strip()
+        try:
+            with open(file, "r") as f:
+                n = f.readline().strip()
+                if not n:
+                    raise NoNInFile
+
+
+            n = validate_n(n)
+            if n is not None:
+                return n
+
+
+        except NoNInFile:
+            print("Ошибка: файл пустой или первая строка отсутствует.")
+            continue
+        except FileNotFoundError:
+            print("Файл не найден\n")
+        except OSError:
+            print("Ошибка при открытии файла\n")
+
+
+def read_matrix(n):
+    try:
+        while True:
+            in_matrix = input(
+                f"Введите коэффициенты матрицы {n}x{n}.\nВыберите способ:\n1. Вручную\n2. Из файла\n"
+            ).strip().lower()
+
+            if in_matrix in ("1", "вручную"):
+                return read_matrix_manual(n)
+
+            elif in_matrix in ("2", "из файла"):
+                return read_matrix_from_file(n)
+
+    except KeyboardInterrupt:
+        print("\nВыход...\n")
+        exit(0)
+
+
+def read_matrix_manual(n):
+    matrix = []
+    print(f"Введите коэффициенты матрицы {n}x{n}, включая вектор свободных членов, построчно через пробел:")
+
+    for i in range(n):
+        while True:
+            try:
+                row = list(
+                    map(float, input(f"Строка {i+1}: ").replace(",", ".").split()))
+                if len(row) != n + 1:
+                    raise TooShortRow
+                matrix.append(row)
+                break
+            except TooShortRow:
+                print(f"Строка должна быть длины {n + 1}")
+                continue
+            except ValueError:
+                print("Некорректный ввод")
+            except KeyboardInterrupt:
+                print("\nВыход...\n")
+                exit(0)
+
+    print("Вы ввели матрицу:")
+    print_matrix(matrix)
+    return matrix
+
+
+def read_matrix_from_file(n):
+    while True:
+        file = input("Введите имя файла:\n").strip()
+
+        try:
+            with open(file, "r") as f:
+                matrix = [list(map(float, line.replace(",", ".").split()))
+                          for line in f]
+
+            if len(matrix) != n or any(len(row) != (n + 1) for row in matrix):
+                raise IncorrectMatrix
+
+            print("Матрица, полученная из файла:")
+            print_matrix(matrix)
+            return matrix
+
+
+        except IncorrectMatrix:
+            print(f"Ошибка: матрица должна быть размером {n}x{n}, включая вектор свободных членов")
+            continue
+        except FileNotFoundError:
+            print("Файл с таким именем не найден")
+        except ValueError:
+            print("Некорректная матрица в файле")
+        except OSError:
+            print("Некорректное имя файла")
+        except KeyboardInterrupt:
+            print("\nВыход...\n")
+            exit(0)

Р3213/khalikov_409785/lab1/src/utils.py

@@ -0,0 +1,60 @@
+import  random
+from exceptions import *
+
+
+def validate_n(n):
+
+    try:
+        n = float(n.replace(",", "."))
+        if not n.is_integer():
+            raise NMustBeInt
+        n = int(n)
+        if n > 20:
+            raise TooBigN
+        elif n <= 0:
+            raise ValueError
+        return n
+
+    except NMustBeInt:
+        print("Число должно быть целым")
+        return None
+    except TooBigN:
+        print("Размерность матрицы слишком большая")
+        return None
+    except ValueError:
+        print("Размерность должна быть натуральным числом")
+        return None
+    except KeyboardInterrupt:
+        print("\nВыход...\n")
+        exit(0)
+
+
+def append_vector_to_matrix(vector, matrix):
+    for i in range(len(matrix)):
+        matrix[i].append(vector[i])
+
+
+def get_vector_from_matrix(matrix):
+    vector = []
+    for row in matrix:
+        vector.append(row[-1])
+    return vector
+
+
+def separate_matrix_from_vector(matrix):
+    new_matrix = []
+    n = len(matrix)
+    for i in range(n):
+        new_matrix.append(matrix[i][:-1])
+    return new_matrix
+
+
+
+def generate_matrix_and_save(filename):
+
+    matrix = [[random.randint(-10, 10) for _ in range(21)] for _ in range(20)]
+
+
+    with open(filename, "w") as f:
+        for i in range(20):
+            f.write(" ".join(map(str, matrix[i])) + "\n")

Р3213/khalikov_409785/lab2/src/exceptions.py

@@ -0,0 +1,4 @@
+class NotMonotonic(Exception):
+    pass
+class NotCoverage(Exception):
+    pass