java算法学习索引之数组矩阵问题
一 将正方形矩阵顺时针转动90°
给定一个N×N的矩阵matrix,把这个矩阵调整成顺时针转动90°后的形式。
顺时针转动90°后为:
【要求】额外空间复杂度为O(1)。
public void rotate(int[][] matrix) {
int tR = 0; // 左上角行坐标
int tC = 0; // 左上角列坐标
int dR = matrix.length - 1; // 右下角行坐标
int dC = matrix[0].length - 1; // 右下角列坐标
while (tR < dR) { // 循环条件:左上角坐标不能超过右下角坐标
rotateEdge(matrix, tR++, tC++, dR--, dC--); // 旋转每一层
}
}
private void rotateEdge(int[][] matrix, int tR, int tC, int dR, int dC) {
int times = dC - tC; // 当前层的元素个数
int tmp = 0; // 用于交换的中间变量
for (int i = 0; i < times; i++) { // 循环遍历当前层的元素
tmp = matrix[dR][tC + i];
matrix[tR][tC + i] = matrix[dR - i][tC];
matrix[dR - i][tC] = matrix[dR][dC - i];
matrix[dR][dC - i] = matrix[tR + i][dC];
matrix[tR + i][dC] = tmp;
}
}
这段代码实现了一个将二维数组(矩阵)顺时针旋转90度的方法,采用边界逐层旋转的方式。
rotate() 方法中,使用四个变量来记录矩阵的左上角坐标和右下角坐标,并在 while 循环中不断收缩边界,对每一层使用 rotateEdge() 方法来旋转。
rotateEdge() 方法是旋转操作的核心,其中 times 记录当前层的元素个数,tmp 用于保存当前要旋转的元素,通过四个 for 循环分别完成旋转操作,具体如下:
-
将矩阵的右上角元素 m[dR][tC+i] 赋值给左上角元素 m[tR][tC+i]
-
将矩阵的左下角元素 m[dR-i][tC] 赋值给右上角元素 m[tR][tC+i]
-
将矩阵的左上角元素 m[dR][tC-i] 赋值给左下角元素 m[dR-i][tC]
-
将 tmp 值赋值给右下角元素 m[tR+i][dC]
在 rotateEdge() 方法中,使用 for 循环遍历每一层元素,i 从 0 开始,每次循环收缩一圈,直到完成该层所有元素的旋转。
二 “之”字形打印矩阵
【题目】给定一个矩阵matrix,按照“之”字形的方式打印这个矩阵,例如:
“之”字形打印的结果为:1,2,5,9,6,3,4,7,10,11,8,12。
【要求】额外空间复杂度为O(1)。
要按照"之"字形的方式打印矩阵,我们可以根据打印方向分为两种情况:从左上到右下以及从右下到左上。我们可以使用两个变量来表示当前打印的行和列,根据当前行和列的奇偶性来确定打印顺序。
下面是按照"之"字形打印矩阵的 Java 代码实现:
public void printZMatrix(int[][] matrix) {
if (matrix == null || matrix.length == 0) {
return;
}
int row = matrix.length; // 矩阵行数
int col = matrix[0].length; // 矩阵列数
int tR = 0; // 左上角行坐标
int tC = 0; // 左上角列坐标
int dR = 0; // 右下角行坐标
int dC = 0; // 右下角列坐标
boolean fromUp = false; // 打印方向标志位,false 表示从右下到左上,true 表示从左上到右下
while (tR < row) {
printLevel(matrix, tR, tC, dR, dC, fromUp);
// 更新左上角和右下角的坐标
tR = tC == col - 1 ? tR + 1 : tR; // 如果当前列已经到达最后一列,则向下移动
tC = tC == col - 1 ? tC : tC + 1; // 如果当前列已经到达最后一列,则不再向右移动
dC = dR == row - 1 ? dC + 1 : dC; // 如果当前行已经到达最后一行,则向右移动
dR = dR == row - 1 ? dR : dR + 1; // 如果当前行已经到达最后一行,则不再向下移动
fromUp = !fromUp; // 改变打印方向
}
}
private void printLevel(int[][] matrix, int tR, int tC, int dR, int dC, boolean fromUp) {
if (fromUp) { // 从左上到右下打印
while (tR <= dR && tC >= dC) {
System.out.print(matrix[tR++][tC--] + " ");
}
} else { // 从右下到左上打印
while (dR >= tR && dC <= tC) {
System.out.print(matrix[dR--][dC++] + " ");
}
}
}
以上代码中,printZMatrix() 方法用于控制行和列的遍历,根据打印的方向调用 printLevel() 方法来打印每一层的元素。
printLevel() 方法根据打印方向,使用 while 循环来打印每一层的元素,从左上到右下打印时,行坐标递增,列坐标递减;从右下到左上打印时,行坐标递减,列坐标递增。
希望以上代码能够帮助到你!如果你还有其他问题,请随时向我提问。