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一起刷 leetcode 之螺旋矩阵(头条和美团真题)

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每天晒白牙
发布2020-08-21 15:34:32
4070
发布2020-08-21 15:34:32
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文章被收录于专栏:每天晒白牙

题目描述

给定一个包含 m*n 个元素的矩阵(m 行,n 列),请按顺时针螺旋顺序,返回矩阵中所有元素

leetcode 第 54 题 https://leetcode-cn.com/problems/spiral-matrix/

示例

示例 1

代码语言:javascript
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输入:
[
 [ 1, 2, 3 ],
 [ 4, 5, 6 ],
 [ 7, 8, 9 ]
]
输出: [1,2,3,6,9,8,7,4,5]

示例 2

代码语言:javascript
复制
输入:
[
  [1, 2, 3, 4],
  [5, 6, 7, 8],
  [9,10,11,12]
]
输出: [1,2,3,4,8,12,11,10,9,5,6,7]

分析

方法 1 :模拟遍历

通过示例,我们可以很清晰的知道螺旋矩阵的遍历过程,所以方法 1 中就采用模拟遍历的方法

首先,我们需要定义行和列的方向数组,因为当遍历到矩阵的边界需要换方向。同时遍历到已经遍历过的元素时也需要换方向,不然就一直在最外层转圈了,后面会解释

行的方向数组 int[] dr = {0, 1, 0, -1}

列的方向数组 int[] dc = {1, 0, -1, 0}

下面分别解释下

行方向向量

解释

0

往右遍历

1

往下遍历

0

往左遍历

-1

往上遍历

列方向向量

解释

1

往右遍历

0

往下遍历

-1

往左遍历

0

往上遍历

有了方向向量,还需要有个二维数组记录已经遍历过的元素坐标 (row,column) ,如果遍历过,该坐标对应的值就是 true

boolean[][] seen = new boolean[row][column]

在做边界的判断的同时也要判断元素是否被访问过,不然不然就一直在最外层转圈了。我们拿示例 1 举例子,当遍历到元素 4 时,如果此时不对已经遍历过的元素进行判断,下一步就会遍历 1,而不是 5,如下图所示:

对已经遍历过的元素进行判断

源码
代码语言:javascript
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public static List<Integer> spiralOrder(int[][] matrix) {
        if (matrix.length == 0) {
            return new ArrayList();
        }
        int row = matrix.length;
        int column = matrix[0].length;

        List result = new ArrayList(row * column);

        // 方向数组
        // 行方向 0:右,1:下,0:左,-1:上
        int[] dr = {0,1,0,-1};
        // 列方向 1: 右,0:下,-1:左,0:上
        int[] dc = {1,0,-1,0};
        int r = 0, c = 0, di = 0;

        // 标记第 r 行 c 列的单元素被访问过了
        boolean[][] seen = new boolean[row][column];

        // 遍历整个二维数组即矩阵
        for (int i = 0; i < row * column; i++) {
            // 将下标对应的元素放到结果集中
            result.add(matrix[r][c]);
            // 标记 r 行 c 列的元素被访问过了,这个判断主要用在要换圈的时候,因为如果没有这个限制,它就不会缩小圈
            seen[r][c] = true;
            // 下一步移动的候选位置
            int nr = r + dr[di];
            int nc = c + dc[di];

            // 做边界与是否已经访问过的判断
            if (nr >= 0 && nr < row && nc >= 0 && nc < column && !seen[nr][nc]) {
                r = nr;
                c = nc;
            } else {
                // 说明到了边界了,需要换方向了
                di = (di + 1) % 4;
                r = r + dr[di];
                c = c + dc[di];
            }
        }
        return result;
    }
执行结果

方法1执行结果

复杂度分析

时间复杂度:O(n),需要遍历矩阵中所有的元素

空间复杂度:O(n),需要用到数组 seen 和 result

方法 2:按层(圈)遍历

我们把这个矩阵像剥洋葱似的一层一层的剥开,从最外层一直到最里层,我们通过示例图看下流程

方法2流程分析

这个方法理解起来比较简单,值得需要注意的一点是对当前层是否有 4 条边的判断即 rowMin < rowMax && columnMin < columnMax,如果不满足就表示当前层没有 4 条边,就不需要遍历下面边和左面边

源码
代码语言:javascript
复制
public static List<Integer> spiralOrder3(int[][] matrix) {
        if (matrix.length == 0) {
            return new ArrayList();
        }
        // rowMin 表示当前层行的最小下标 rowMax 表示当前层行的最大下标
        int rowMin = 0, rowMax = matrix.length - 1;
        // columnMin 表示当前层列的最小下标 columnMax 表示当前层列的最大下标
        int columnMin = 0, columnMax = matrix[0].length - 1;
        // (rowMin,columnMin) 代表当前层的左上角的坐标  (rowMax,columnMax) 表示当前层右下角的坐标
        List result = new ArrayList(matrix.length * matrix[0].length);

        while (rowMin <= rowMax && columnMin <= columnMax) {
            // 遍历当前层的上面边的所有元素 行坐标不变,列坐标 column 从 columnMin 到 columnMax
            for (int column = columnMin; column <= columnMax; column++) {
                result.add(matrix[rowMin][column]);
            }
            // 遍历当前层的右面边的所有元素 列坐标不变,行坐标 row 从 rowMin + 1 到 rowMax
            for (int row = rowMin + 1; row <= rowMax; row++) {
                result.add(matrix[row][columnMax]);
            }
            // 如果当前层有 4 条边即满足条件 rowMin < rowMax && columnMin < columnMax,还要遍历下面边和左面边的所有元素
            if (rowMin < rowMax && columnMin < columnMax) {
                // 遍历当前层的下面边的所有元素 行坐标不变,列坐标从 columnMax -1 到 columnMin
                for (int column = columnMax - 1; column >= columnMin; column--) {
                    result.add(matrix[rowMax][column]);
                }
                // 遍历当前层左面边的所有元素 列坐标不变,行坐标从 rowMax -1  遍历到 rowMin + 1
                for (int row = rowMax - 1; row > rowMin; row--) {
                    result.add(matrix[row][columnMin]);
                }
            }
            // 遍历一层后,遍历下一层,需要更新 rowMin、rowMax、columnMin、columnMax 的坐标
            rowMin++;
            rowMax--;
            columnMin++;
            columnMax--;
        }
        return result;
    }
执行结果

方法2执行结果

复杂度分析

时间复杂度:O(n),需要遍历矩阵中所有的元素

空间复杂度:O(n),需要用到 result

用过该题作为面试题的公司

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原始发表:2020-04-13,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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  • 示例
    • 示例 1
      • 示例 2
      • 分析
        • 方法 1 :模拟遍历
          • 源码
          • 执行结果
          • 复杂度分析
        • 方法 2:按层(圈)遍历
          • 源码
          • 执行结果
          • 复杂度分析
      • 用过该题作为面试题的公司
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