Rust语言矩阵运算实现（从零开始掌握Rust中的线性代数与数值计算）

第一步：创建 Rust 项目

首先，确保你已安装 Rust（可通过 rustup 安装）。然后在终端中运行：

cargo new matrix_tutorialcd matrix_tutorial

第二步：定义矩阵结构体

我们使用一个二维向量（Vec<Vec<f64>>）来表示矩阵。打开 src/main.rs，添加以下代码：

#[derive(Debug, Clone)]pub struct Matrix {    data: Vec<Vec<f64>>,    rows: usize,    cols: usize,}impl Matrix {    // 构造函数：创建一个 rows × cols 的零矩阵    pub fn new(rows: usize, cols: usize) -> Self {        let data = vec![vec![0.0; cols]; rows];        Matrix { data, rows, cols }    }    // 从二维向量创建矩阵（带尺寸校验）    pub fn from_vec(data: Vec<Vec<f64>>) -> Result<Matrix, String> {        if data.is_empty() {            return Err("矩阵不能为空".to_string());        }        let cols = data[0].len();        if !data.iter().all(|row| row.len() == cols) {            return Err("所有行必须具有相同列数".to_string());        }        Ok(Matrix {            data,            rows: data.len(),            cols,        })    }}

第三步：实现矩阵加法

矩阵加法要求两个矩阵具有相同的维度。我们在 impl Matrix 块中继续添加方法：

impl Matrix {    // ... 上面的代码 ...    pub fn add(&self, other: &Matrix) -> Result<Matrix, String> {        if self.rows != other.rows || self.cols != other.cols {            return Err("矩阵维度不匹配，无法相加".to_string());        }        let mut result = Matrix::new(self.rows, self.cols);        for i in 0..self.rows {            for j in 0..self.cols {                result.data[i][j] = self.data[i][j] + other.data[i][j];            }        }        Ok(result)    }}

第四步：测试你的矩阵运算

在 main 函数中编写测试代码：

fn main() {    // 创建两个 2x2 矩阵    let mat1 = Matrix::from_vec(vec![        vec![1.0, 2.0],        vec![3.0, 4.0],    ]).unwrap();    let mat2 = Matrix::from_vec(vec![        vec![5.0, 6.0],        vec![7.0, 8.0],    ]).unwrap();    match mat1.add(&mat2) {        Ok(result) => println!("相加结果:\n{:?}", result),        Err(e) => eprintln!("错误: {}", e),    }}

运行程序：cargo run，你应该看到输出：

相加结果:Matrix { data: [[6.0, 8.0], [10.0, 12.0]], rows: 2, cols: 2 }

进阶建议：使用专业库

虽然手动实现有助于理解原理，但在实际项目中，推荐使用成熟的 Rust 数值计算库如 nalgebra 或 ndarray。它们经过高度优化，支持更多操作（如矩阵乘法、求逆、特征值等），并充分利用 SIMD 指令加速。这些库是 Rust编程教程 和 Rust数值计算 实践中的重要工具。

总结

通过本教程，你已经掌握了在 Rust 中定义矩阵结构、实现加法运算的基本方法。这为你进一步探索 Rust矩阵运算 和线性代数打下了坚实基础。下一步可以尝试实现矩阵乘法、转置或集成 nalgebra 库进行更复杂的计算！

祝你在 Rust 的数值计算之旅中收获满满！