Transpose a matrix without a buffering one

How is it possible to transpose a MxN matrix without using a “buffering” matrix?
In the latter case it’s easy and quite the “classic” approach…

Given a matrix[M][N], I would like to put it into a void transpose_matrix(int matrix[][]) function which operates directly on the matrix passed as reference which, as previosly said, would edit the matrix memory space to transpose its elements.

e.g:

A =

1 2 3 4
5 6 7 8
9 1 2 3

A after transposing itself (without pretty printing)[1]:

1 5 9 2
6 1 3 7
2 4 8 3

How would A looked like in a NxM matrix:

1 5 9
2 6 1
3 7 2
4 8 3

Thanks!

[1]: Printing the matrix as if it was actually a “new” NxM matrix.

2

Doing that efficiently is complex.

Wikipedia has a nice article on the subject: In-place matrix transposition with many interesting references.

A simple “follow-the-cycles” C implementation with O(1) auxiliary storage requirement (and heavily non-consecutive memory accesses) is:

/// param[in] m input matrix
/// param[in] h number of rows of a m
/// param[in] w number of columns of a m
///
/// Performs in-place transposition of matrix a m.
void transpose(double m[], const unsigned h, const unsigned w)
{
  for (unsigned start = 0; start <= w * h - 1; ++start)
  {
    unsigned next = start;
    unsigned i = 0;
    do
    {
      ++i;
      next = (next % h) * w + next / h;
    } while (next > start);

    if (next >= start && i != 1)
    {
      const double tmp = m[start];
      next = start;
      do
      {
        i = (next % h) * w + next / h;
        m[next] = (i == start) ? tmp : m[i];
        next = i;
      } while (next > start);
    }
  }
}

You can find a faster (C++) implementation requiring O(MN) auxiliary storage, one bit per element, here (the In-place transposition of a matrix question on Stackoverflow). Also take a look at Transpose a 1 dimensional array, that does not represent a square, in place.

PS in a number of circumstances it isn’t necessary or desirable to physically reorder a matrix to its transposed ordering: it could be enough to provide options to specify that certain matrices are to be interpreted in transposed order.


Some details about the above algorithm (assuming the input matrix A(3;4) of your question):

The first chunk: (dowhile) is a sort of sequence generator:

next-sequence  start     next    i
-----------------------------------
[0]                0        0    1
[1,4,5,9,3]        1        1    5       <-
[2,8,10,7,6]       2        2    5       <-
[3,1]              3        1    1
[4,5,9,3]          4        3    3
[5,9,3]            5        3    2
[6,2]              6        2    1
[7,6]              7        6    1
[8,10,7]           8        7    2
[9,3]              9        3    1
[10,7]            10        7    1
[11]              11       11    1

Not every sequence is useful:

  • sequences of length 1 (i == 1 e.g. [0] and [11]) mean no data motion and can be skipped;
  • sequences where the final value of next is smaller than start can be skipped since they are sub-sequences of an already seen sequence.

Second chunk (if) will perform the data motion described by a sequence.

E.g. [1,4,5,9,3] means the value in position 4 goes to position 1, value in position 5 goes to position 4 … while position 1 goes to position 3 (written using the standard notation for cycles/permutations it’s (1 3 9 5 4)).

About the expression:

(position % h) * w + position / h;

this is a way to convert the position between the original and the transposed matrix.

3

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa

Transpose a matrix without a buffering one

How is it possible to transpose a MxN matrix without using a “buffering” matrix?
In the latter case it’s easy and quite the “classic” approach…

Given a matrix[M][N], I would like to put it into a void transpose_matrix(int matrix[][]) function which operates directly on the matrix passed as reference which, as previosly said, would edit the matrix memory space to transpose its elements.

e.g:

A =

1 2 3 4
5 6 7 8
9 1 2 3

A after transposing itself (without pretty printing)[1]:

1 5 9 2
6 1 3 7
2 4 8 3

How would A looked like in a NxM matrix:

1 5 9
2 6 1
3 7 2
4 8 3

Thanks!

[1]: Printing the matrix as if it was actually a “new” NxM matrix.

2

Doing that efficiently is complex.

Wikipedia has a nice article on the subject: In-place matrix transposition with many interesting references.

A simple “follow-the-cycles” C implementation with O(1) auxiliary storage requirement (and heavily non-consecutive memory accesses) is:

/// param[in] m input matrix
/// param[in] h number of rows of a m
/// param[in] w number of columns of a m
///
/// Performs in-place transposition of matrix a m.
void transpose(double m[], const unsigned h, const unsigned w)
{
  for (unsigned start = 0; start <= w * h - 1; ++start)
  {
    unsigned next = start;
    unsigned i = 0;
    do
    {
      ++i;
      next = (next % h) * w + next / h;
    } while (next > start);

    if (next >= start && i != 1)
    {
      const double tmp = m[start];
      next = start;
      do
      {
        i = (next % h) * w + next / h;
        m[next] = (i == start) ? tmp : m[i];
        next = i;
      } while (next > start);
    }
  }
}

You can find a faster (C++) implementation requiring O(MN) auxiliary storage, one bit per element, here (the In-place transposition of a matrix question on Stackoverflow). Also take a look at Transpose a 1 dimensional array, that does not represent a square, in place.

PS in a number of circumstances it isn’t necessary or desirable to physically reorder a matrix to its transposed ordering: it could be enough to provide options to specify that certain matrices are to be interpreted in transposed order.


Some details about the above algorithm (assuming the input matrix A(3;4) of your question):

The first chunk: (dowhile) is a sort of sequence generator:

next-sequence  start     next    i
-----------------------------------
[0]                0        0    1
[1,4,5,9,3]        1        1    5       <-
[2,8,10,7,6]       2        2    5       <-
[3,1]              3        1    1
[4,5,9,3]          4        3    3
[5,9,3]            5        3    2
[6,2]              6        2    1
[7,6]              7        6    1
[8,10,7]           8        7    2
[9,3]              9        3    1
[10,7]            10        7    1
[11]              11       11    1

Not every sequence is useful:

  • sequences of length 1 (i == 1 e.g. [0] and [11]) mean no data motion and can be skipped;
  • sequences where the final value of next is smaller than start can be skipped since they are sub-sequences of an already seen sequence.

Second chunk (if) will perform the data motion described by a sequence.

E.g. [1,4,5,9,3] means the value in position 4 goes to position 1, value in position 5 goes to position 4 … while position 1 goes to position 3 (written using the standard notation for cycles/permutations it’s (1 3 9 5 4)).

About the expression:

(position % h) * w + position / h;

this is a way to convert the position between the original and the transposed matrix.

3

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật