python5种算法模拟螺旋、分层填充、递归、迭代、分治实现螺旋矩阵ll【力扣题59】

作者介绍:10年大厂数据\经营分析经验,现任大厂数据部门负责人。
会一些的技术:数据分析、算法、SQL、大数据相关、python
欢迎加入社区:码上找工作
作者专栏每日更新:
LeetCode解锁1000题: 打怪升级之旅
python数据分析可视化:企业实战案例
备注说明:方便大家阅读,统一使用python,带必要注释,公众号 数据分析螺丝钉 一起打怪升级

题目描述

给你一个正整数 n,生成一个包含 1n^2 所有元素的 n x n 正方形矩阵,数组的元素按螺旋顺序依次填充。

输入格式
  • n:一个正整数,表示矩阵的大小。
输出格式
  • 返回一个 n x n 的数组,按螺旋顺序填充从 1n^2 的整数。
示例 1
输入: n = 3
输出: [[1,2,3],[8,9,4],[7,6,5]]

方法一:模拟螺旋填充

解题步骤
  1. 初始化矩阵:创建一个 n x n 的矩阵,初始填充值为 0
  2. 螺旋遍历:定义四个方向,模拟螺旋遍历的过程,按顺序填入数字。
  3. 边界条件处理:在填充过程中,需要不断检查下一个位置是否超出边界或已被填充。
完整的规范代码
def generateMatrix(n):"""使用模拟螺旋遍历的方法生成螺旋矩阵:param n: int, 矩阵的大小:return: List[List[int]], 螺旋矩阵"""matrix = [[0] * n for _ in range(n)]directions = [(0, 1), (1, 0), (0, -1), (-1, 0)]  # right, down, left, uprow, col, di = 0, 0, 0for i in range(1, n*n + 1):matrix[row][col] = idr, dc = directions[di]if not (0 <= row + dr < n and 0 <= col + dc < n and matrix[row + dr][col + dc] == 0):di = (di + 1) % 4  # Change directiondr, dc = directions[di]row, col = row + dr, col + dcreturn matrix# 示例调用
print(generateMatrix(3))  # 输出: [[1, 2, 3], [8, 9, 4], [7, 6, 5]]
算法分析
  • 时间复杂度:(O(n^2)),其中 n 是矩阵的维度,需要填充 n^2 个元素。
  • 空间复杂度:(O(n^2)),用于存储生成的矩阵。

方法二:分层填充法

解题步骤
  1. 定义边界:设置上下左右四个边界,控制填充范围。
  2. 外层到内层填充:按层模拟填充过程,每完成一圈缩小填充范围。
  3. 逐层填充:按照右下左上的顺序逐层填充,每填完一全圈,四个边界向内缩进。
完整的规范代码
def generateMatrix(n):"""使用分层填充法生成螺旋矩阵:param n: int, 矩阵的大小:return: List[List[int]], 螺旋矩阵"""matrix = [[0] * n for _ in range(n)]left, right, top, bottom = 0, n-1, 0, n-1num = 1while left <= right and top <= bottom:for i in range(left, right + 1):matrix[top][i] = numnum += 1top += 1for i in range(top, bottom + 1):matrix[i][right] = numnum += 1right -= 1if top <= bottom:for i in range(right, left - 1, -1):matrix[bottom][i] = numnum += 1bottom -= 1if left <= right:for i in range(bottom, top - 1, -1):matrix[i][left] = numnum += 1left += 1return matrix# 示例调用
print(generateMatrix(3))  # 输出: [[1, 2, 3], [8, 9, 4], [7, 6, 5]]
算法分析
  • 时间复杂度:(O(n^2)),必须填充所有 n^2 个元素。
  • 空间复杂度:(O(n^2)),用于存储生成的矩阵。

方法三:递归填充

解题步骤
  1. 递归函数定义:定义一个递归函数用于填充每一层。
  2. 递归填充:从外层向内层递归填充,每次递归填充一圈。
  3. 终止条件:当填充完成或只剩下一行/一列时终止递归。
完整的规范代码
def generateMatrix(n):"""使用递归方法生成螺旋矩阵:param n: int, 矩阵的大小:return: List[List[int]], 螺旋矩阵"""matrix = [[0] * n for _ in range(n)]fill(matrix, 0, n, 1)return matrixdef fill(matrix, start, n, val):if n <= 0:returnif n == 1:matrix[start][start] = valreturnfor i in range(n - 1):matrix[start][start + i] = valval += 1for i in range(n - 1):matrix[start + i][start + n - 1] = valval += 1for i in range(n - 1):matrix[start + n - 1][start + n - 1 - i] = valval += 1for i in range(n - 1):matrix[start + n - 1 - i][start] = valval += 1fill(matrix, start + 1, n - 2, val)# 示例调用
print(generateMatrix(3))  # 输出: [[1, 2, 3], [8, 9, 4], [7, 6, 5]]
算法分析
  • 时间复杂度:(O(n^2)),需要填充所有 n^2 个元素。
  • 空间复杂度:(O(n^2)),用于存储生成的矩阵,加上递归栈的开销(最坏情况下为 (O(n)))。

方法四:迭代展开

解题步骤
  1. 初始化变量:定义矩阵、起始点、方向等变量。
  2. 迭代填充:通过迭代的方式填充矩阵,类似于方法一但避免了方向切换的复杂判断。
  3. 边界处理:在迭代中处理矩阵边界和已填充元素的情况。
完整的规范代码
def generateMatrix(n):"""使用迭代展开的方法生成螺旋矩阵:param n: int, 矩阵的大小:return: List[List[int]], 螺旋矩阵"""matrix = [[0] * n for _ in range(n)]x, y, dx, dy = 0, 0, 0, 1for i in range(1, n*n+1):matrix[x][y] = iif matrix[(x+dx)%n][(y+dy)%n]:dx, dy = dy, -dxx, y = x + dx, y + dyreturn matrix# 示例调用
print(generateMatrix(3))  # 输出: [[1, 2, 3], [8, 9, 4], [7, 6, 5]]
算法分析
  • 时间复杂度:(O(n^2)),需要填充所有 n^2 个元素。
  • 空间复杂度:(O(n^2)),用于存储生成的矩阵。

方法五:分治填充

解题步骤
  1. 定义填充函数:创建一个函数用于填充矩阵的一圈。
  2. 分治递归:递归地填充外圈后,对内层矩阵进行相同操作。
  3. 终止与初始化:当矩阵大小减小到1或0时终止递归。
完整的规范代码
def generateMatrix(n):"""使用分治填充法生成螺旋矩阵:param n: int, 矩阵的大小:return: List[List[int]], 螺旋矩阵"""matrix = [[0] * n for _ in range(n)]fill_layer(matrix, 0, n, 1)return matrixdef fill_layer(matrix, start, size, start_val):if size <= 0:returnif size == 1:matrix[start][start] = start_valreturn# Fill the perimeterfor i in range(size - 1):matrix[start][start+i] = start_valstart_val += 1for i in range(size - 1):matrix[start+i][start+size-1] = start_valstart_val += 1for i in range(size - 1):matrix[start+size-1][start+size-1-i] = start_valstart_val += 1for i in range(size - 1):matrix[start+size-1-i][start] = start_valstart_val += 1fill_layer(matrix, start+1, size-2, start_val)# 示例调用
print(generateMatrix(3))  # 输出: [[1, 2, 3], [8, 9, 4], [7, 6, 5]]
算法分析
  • 时间复杂度:(O(n^2)),需要填充所有 n^2 个元素。
  • 空间复杂度:(O(n^2)),用于存储生成的矩阵,递归栈深度依矩阵大小而定。

不同算法的优劣势对比

特征方法一: 模拟螺旋填充方法二: 分层填充法方法三: 递归填充方法四: 迭代展开方法五: 分治填充
时间复杂度(O(n^2))(O(n^2))(O(n^2))(O(n^2))(O(n^2))
空间复杂度(O(n^2))(O(n^2))(O(n^2))(O(n^2))(O(n^2))
优势直观易理解清晰结构化结构简单代码简洁递归清晰,易于理解
劣势稍微复杂的控制流多次循环递归深度问题边界处理复杂空间使用多,递归深度

应用示例

游戏开发
在游戏开发中,尤其是需要生成迷宫或特定图案的场景设计里,螺旋矩阵可以用于设计关卡的地图布局,例如生成螺旋迷宫地图,增加游戏的趣味性和挑战性。

通过上述方法,开发者可以选择最适合其应用场景的算法来实现高效、可靠的矩阵生成功能。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/pingmian/2023.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

轻松搭建llama3Web 交互界面 - Ollama + Open WebUI

Ubuntu下安装&#xff1a;&#xff08;官网&#xff1a;Download Ollama on Linux&#xff09; curl -fsSL https://ollama.com/install.sh | sh 就运行起来ollama了&#xff0c;不放心可以用ollama serve查看一下 ollama run llama3 就可以跑起来了&#xff0c; 那么我们肯…

信息物理系统技术概述_1.概念和实现

1.信息物理系统的概念 1.1信息物理系统的来源 信息物理系统&#xff08;Cyber-Physical Systems&#xff0c;CPS&#xff09;这一术语&#xff0c;最早由美国国家航天局于1992年提出&#xff0c;到2006年&#xff0c;美国国家科学基金会科学家海伦 •吉尔在国际上第一个关于信…

端口转发与端口映射区别

端口映射和端口转发是两种不同的网络技术&#xff0c;用于实现服务器或设备之间的通信。 端口映射是将一台设备&#xff08;通常是路由器或防火墙&#xff09;的公共IP地址和端口映射到内部网络中的另一台设备的特定IP地址和端口上。当外部网络上的请求到达公共IP地址和端口时…

【SAP ME 12】SAP NWDS(eclipse)下载、安装,配置

1、下载 1.1、描述 1.2、下载 2、安装 3、配置 3.1、域名映射

windows10环境下conda迁移到linux环境

网上给出的方案错误百出&#xff0c;记录一下正确方案。 1 创建yaml文件 创建到终端所在路径下 conda activate 环境名 conda env export --no-build >环境名.yaml2 新操作系统中创建新的conda环境 conda env create -f 环境名.yaml3 删除不兼容的包 终端报错 Could n…

CUDA编程【2】-(51-78)

系列文章目录 文章目录 系列文章目录前言51、寄存器溢出51.1 溢出概念51.1 使用控制 52、本地内存和共享内存52.1 本地内存52.2. 共享内存 53. 常量内存53.1 概念53.2 初始化 54. 全局内存54.1 概念54.2 初始化 55. GPU缓存和变量作用域55.1 缓存类型55.2 变量作用域 56. 静态全…

我的一些 35+ 前同事的现状

大家好&#xff0c;我是坤哥&#xff0c;好久不见&#xff0c;今天简单和大家聊一下我目前观察到的前同事的现状 今年和一些前同事简单聊过&#xff0c;他们的现状如下&#xff1a; A: 去新西兰做 iOS 开发快 10 年了&#xff0c;马上就要拿到永久居留证了&#xff0c;他说在新…

(六)小案例银行家应用程序-删除账号-findindex方法

findindex方法和find方法非常类似&#xff0c;只不过findindex顾名思义&#xff0c;他返回的是index&#xff1b; ● 下面我们使用删除账号的功能来学习一下findindex的 ● 当用户登录成功之后&#xff0c;可以在下方输入自己的用户名和密码&#xff0c;然后提交&#xff0c…

Unity 中(提示框Tweet)

using UnityEngine; using UnityEngine.UI; using DG.Tweening; using System; public class Message : MonoBehaviour {public float dropDuration 0.5f; // 掉落持续时间public float persisterDuration 1f; // 持续显示时间public float dorpHeight;public static Message…

Redis入门到通关之Redis数据结构-String篇

文章目录 欢迎来到 请回答1024 的博客 &#x1f353;&#x1f353;&#x1f353;欢迎来到 请回答1024的博客 关于博主&#xff1a; 我是 请回答1024&#xff0c;一个追求数学与计算的边界、时间与空间的平衡&#xff0c;0与1的延伸的后端开发者。 博客特色&#xff1a; 在我的…

HarmonyOS ArkUI实战开发-NAPI 加载原理(下)

上一节笔者给大家讲解了 JS 引擎解释执行到 import 语句的加载流程&#xff0c;总结起来就是利用 dlopen() 方法的加载特性向 NativeModuleManager 内部的链接尾部添加一个 NativeModule&#xff0c;没有阅读过上节文章的小伙伴&#xff0c;笔者强烈建议阅读一下&#xff0c;本…

如何定义带参数的EventHandler?

简述 事件调用的所有方法都需要两个参数&#xff1a;object sender&#xff0c;EventArgs e。该事件使用这两个参数调用方法&#xff0c;因此我们不能直接添加自定义参数。 比如下面这段代码&#xff0c;我们想在 MessageBox 中显示字符串 s &#xff0c;这必然是不成。 priv…

初识《list》及手搓模拟《list》

目录 前言&#xff1a; 1. list的介绍及使用 list的介绍&#xff1a; list的使用&#xff1a; 1、list的构造​编辑 2、list iterator的使用 3、list capacity 4、list element access 5、list modifiers 2.list的模拟实现 1、关于迭代器&#xff1a; 2、迭代器类的…

ScriptableObject数据容器讲解

概述 是Unity提供的一个用于创建可重用的数据容器或逻辑的基类。 ScriptableObject 是继承自 UnityEngine.Object 的一个类&#xff0c;但与普通的 MonoBehaviour 不同&#xff0c;它不能附加到GameObject上作为组件。 相反&#xff0c;ScriptableObject 通常用于存储和管理…

操作系统的作用

操作系统的作用 硬件资源管理 进程管理:操作系统负责创建、调度、同步、通信和销毁进程&#xff0c;即管理多个程序的并发执行。通过进程调度算法&#xff0c;它决定哪个进程在何时获得处理器执行时间&#xff0c;实现多任务处理和资源共享&#xff0c;确保系统响应性和公平性。…

ThingsBoard实战教程(七):模拟设备遥测

tb做为一个多租户的物联网平台,文档也很齐全。后端使用的是java语言编写的,可以用swagger来导出文档。tb的所有服务都可以通过接口来看到。接口主要分为两部分,一部分是设备API,另一部分是用于服务端API。 在我们启动tb之后,可以通过http://ip +port/swagger-ui.html 来…

linux,从零安装nginx,并且部署vue应用程序

前言&#xff1a;系统使用龙蜥&#xff08;8.5&#xff09;的最小化安装&#xff0c;服务器安装这里不在赘述。 nginx 的版本&#xff1a;1.22.0 软件已经放在系统/home/software/ 一、安装nginx 进入路径/home/software/ 1》执行命令&#xff1a;rpm -ivh nginx-1.22.0-1.el7…

uboot大致流程总结

文章目录 一、uboot介绍二、uboot的配置编译过程2.1 make xxx_defconfig2.2 make 一、uboot介绍 uboot是一个bootloader&#xff0c;用于在嵌入式设备中引导linux内核启动&#xff0c;在嵌入式设备中常见的组织结构如下&#xff1a; 芯片内部固化代码 -> bootloader -> …

Docker NetWork (网络)

Docker 为什么需要网络管理 容器的网络默认与宿主机及其他容器都是相互隔离的&#xff0c;但同时我们也要考虑下面的一些问题&#xff0c; 比如 多个容器之间是如何通信的容器和宿主机是如何通信的容器和外界主机是如何通信的容器中要运行一些网络应用(如 nginx、web 应用、数…

第66天:API攻防-接口安全阿里云KEYPostmanDVWSXXE鉴权泄漏

案例一&#xff1a;安全问题-Dvws泄漏&鉴权&XXE 靶场地址&#xff1a;https://github.com/snoopysecurity/dvws-node 利用docker命令去启动 首先先注册一个账户 注册后登录点击admin area 发现点不进去 这里把bp打开但是不抓包&#xff0c;只做流量转发&#xff0c;进…