海闊天空

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          蛇陣算法

          轉自:http://www.aygfsteel.com/nokiaguy/archive/2009/07/24/288163.html

             在描述算法之前,先看看下面的5*5的表格:

           1  3  4  10  11
           2  5  9  12
           19
           6  8  13  18  20
           7  14  17  21  24
           15  16  22  23  25

              上面的表格很容易看出規律。就是從左上角第一個格開始(起始為1),然后延右上角到左下角的斜線。先從下到上,再從上到下。開始按數字遞增排列。也就是說每一個斜線上分別有如下幾組數字:

          1    2 3     4 5 6       7 8 9 10      11 12 13 14 15          16 17 18 19      20 21 22      23 24       25

              由于是先從上到下(1可以看做是從上到下),再從下到上,很象一條蛇,因此,該數字表格也可稱為蛇形矩陣。現在要與一個方法(或函數),方法的參數是一個int類型,表示n,方法返回一個二維數組,表示要獲得的往返接力數字表格。
              實際上,這個算法并不復雜,只需要從分別獲得1至n^2中每個數字對應的二維數組的坐標就可以了。先拿這個5行5列的表格來說,求出上面每組數組對應的坐標(起始位置為0)。

          第0組
          第1組
          第2組
          第3組
          第4組
          第5組
          第6組
          第7組
          第8組
          1    
          2 3
          4 5 6
          7 8 9 10
          11 12 13 14 15
          16 17 18 19
          20 21 22
          23 24
          25
          (0,0)
          (1,0)   (0,1)
          (0,2)   (1,1)   (2,0)
          (3,0)   (2,1)   (1,2)   (0,3)
          (0,4)   (1,3)   (2,2)   (3,1)   (4,0)
          (4,1)   (3,2)   (2,3)   (1,4)
          (2,4)   (3,3)   (4,2)
          (4,3)   (3,4)
          (4,4)
                                          
              從上面的從標可以看出一個規律。  左上角的半個表格(以對角線分界)的橫坐標和縱坐標從0開始,每一組增1,直到增至表格的邊界(n - 1),而且是交替的,也就是說,偶數行是列增,行減小,行+列=組的索引。而右下角的4組數字雖然行、列也是交替增長的,但遞減的行或列總是從(n - 1)開始(對于本例,是從4開始),而遞增的行或列總是從index - n + 1開始,其中index表示組的索引。這就可以得出一個算法。實現代碼如下:
          public static int[][] getGrid(int n)
          {
              
          int[][] array = new int[n][n];
              
          int row = 0, col = 0, m = 1;
              
          //  用于控制奇偶組,false表示偶組,true表示奇組
              boolean isRow = false;
              
          //  i表示當前組的索引,從0開始
              for (int i = 0; i < (2 * n - 1); i++)
              {
                  row 
          = i;
                  
          while (row >= ((i < n) ? 0 : i - n + 1))
                  {
                      
          //  如果處理的是右下角表格中的數字,行或列最大不能超過n-1
                      if (row > (n - 1))
                          row 
          = n - 1;
                      col 
          = i - row;
                      
          if (isRow)
                          array[row][col] 
          = m;
                      
          else  //  將row變成列,將col變成行
                          array[col][row] = m;
                      m
          ++;
                      row
          --;
                  }
                  
          //  切換奇偶組
                  isRow = !isRow;
              }
              
          return array;
          }

             改進算法

             上面實現的算法需要循環N*N次才可以生成蛇形矩陣。但仔細分析一下,還可以繼續簡化算法,使循環次數減小至N*N/2,也就是說,效率可以提高一倍。我 們上學時曾學過用高斯的方法計算1+2+3+...+100,   1 + 100 = 101,2 + 99 = 101,...,50+51 = 101,因此,結果是101 * 50 = 5050。很方便。我們這個算法也可采用類似的方法。仔細觀察上面5*5的數字表格發現,算出左上角的矩陣中每一個數字后,都可以直接獲得右下角度某個位 置的數字。例如在(0,0)位置的1,可以向到(4,4)位置的25,(1,2)位置的9可以得到(3,2)位置的17。我們發現,每一對數之和都為 26。而且它們坐標的關系是(row,col),(n - row - 1, n - col - 1)。因此,只要得到左上角的半個矩陣,就可以得出右下角的另外半個矩陣。如果n為奇數,對角線中間的一個數(在5*5的矩陣中是13)與之對應的數是其 自身。好,我們看看改進的算法的實現:

          public static int[][] getGrid1(int n)
          {
              
          int[][] array = new int[n][n];
              
          int row = 0, col = 0, m = 1;
              
          int number1 =  (n * n / 2 + n * n % 2);
              
          int number2 = n * n + 1;        
              
          boolean isRow = false;
              
          //  number1表示要計算的蛇形矩陣中最大的數字,對于5*5矩陣來說該數是13
              for (int i = 0; m < number1; i++)
              {
                  row 
          = i;
                  
          while (row >= 0)
                  {
                      col 
          = i - row;
                      
          if (isRow)
                      {
                          array[row][col] 
          = m;
                          
          //  填充與m對應的另外一個數
                          array[n - row - 1][n - col - 1= number2 - m;
                      }
                      
          else
                      {
                          array[col][row] 
          = m;
                          
          //  填充與m對應的另外一個數
                          array[n - col - 1][n - row - 1= number2 - m;

                      }
                      m
          ++;
                      if(m >= number1) break;
                      row--;
                  }
                  isRow 
          = !isRow;
              }
              
          return array;
          }

             如果想輸出n=10的數字表格,可以使用int[][] grid = getGrid(10)或int[][] grid1 = getGrid1(10),會得到同樣的結果。輸出grid和grid1,看看是不是下面的結果:


          1 3 4 10 11 21 22 36 37 55
          2 5 9 12 20 23 35 38 54 56
          6 8 13 19 24 34 39 53 57 72
          7 14 18 25 33 40 52 58 71 73
          15 17 26 32 41 51 59 70 74 85
          16 27 31 42 50 60 69 75 84 86
          28 30 43 49 61 68 76 83 87 94
          29 44 48 62 67 77 82 88 93 95
          45 47 63 66 78 81 89 92 96 99
          46 64 65 79 80 90 91 97 98 100

          posted on 2009-07-26 09:39 石頭@ 閱讀(371) 評論(0)  編輯  收藏 所屬分類: DS & Alg


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