一、题目介绍:
给你两个整数n,m,请你构造一个n行m列的蛇形方阵,在这个方阵中,数字由1到n×m,从最右上角开始,呈环状(逆时针)向内填充。
比如一个3*3的蛇形方阵
3 2 1
4 9 8
5 6 7
二、解题思路:
分析题目:
1.该矩阵是一个方阵,填入矩阵内的值是从1开始的;
2.该矩阵的填充顺序是逆时针向内填充的。具体可以参考上面所给的蛇形矩阵。
具体思路:
1. 初始化矩阵
创建一个 n 行 m 列的全零矩阵,用于存储最终的蛇形方阵。
2. 设置起始位置和初始方向
将起始位置设置为第一行最后一列,即 row = 0 , col = m - 1 。
初始方向设为向左(可以用数字表示方向,比如 0 表示向左,1 表示向下,2 表示向右,3 表示向上)。
3. 填充数字
从数字 1 开始,依次填充到矩阵中。
根据当前方向尝试填充下一个数字。例如,如果当前方向是向左,就尝试在当前列减一的位置填充下一个数字。
如果下一个位置已经被填充或者超出了矩阵边界,则改变方向。
4. 改变方向
按照逆时针方向改变方向。如果当前方向是向左,当无法继续向左填充时,改为向下填充,即方向变为 1。如果是向下,当无法继续向下填充时,改为向右填充,以此类推。
5. 重复填充和改变方向的步骤
不断重复填充数字和改变方向的步骤,直到所有 n×m 个数字都被填充到矩阵中。
三、逐步代码实现:
int n = 0; int m = 0; scanf("%d %d", &n, &m); int squmat[m][m]; for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { squmat[i][j] = 0; } }
先初始化n,m,然后键盘输入矩阵行和列,再通过两个for循环将矩阵元素全部填充为0。
变量初始化:
int num = 1; int row = 0; int col = m - 1; int change = 0;
这里初始化一些变量,num为输入矩阵的第一个值1, int row = 0; int col = m - 1;使得输入的数字填充在矩阵右上角。
变量change帮助我们实现方向的变化,这里规定一下;
change = 0,1,2,3;填充方向分别是向左,向下,向右,向上。
while循环:
while (num <= n * m) { squmat[row][col] = num; num++; }
这里我们通过while循环来将数字填充到矩阵中。
循环条件num <= n * m,当填充的数字大于矩阵内元素总数时结束循环,比如说3*3的矩阵,当我们填充的数字num = 10 的时候,大于3*3 = 9;10不在填入矩阵内。
squmat[row][col] = num;将1的值赋值到矩阵右上角;
num++随着循环变化调整所赋的值。
填入数字详细介绍:
向左填充:
if (change == 0)
{
if (col > 0 && squmat[row][col] == 0)
{
col--;
}
else
{
row++;
change = 1;
}
}
上述代码实现向左填充数字,当满足col > 0 && squmat[row][col] == 0条件时,列数就减一列,这是因为我们是从右上角开始填充的数字,列数起始就是最后一列。
col > 0 && squmat[row][col] == 0解释
由于列数是逐渐递减的,因此当列数小于0的时候,就不满足填充条件了,squmat[row][col] == 0判断填充的下一个位置是否为0,如果不是0就不能填充,不是0的位置说明已经填充过数字了。
如果不满足填充条件,则跳到下一行,这时候我们填充数字的方向就要改变了,由原来的向左填充改为向下填充,change变为1。
squmat[row][col] == 0判断当前位置(由row和col确定)的元素是否为 0。在螺旋矩阵的填充过程中,只有当该位置的元素为 0 时,才表示该位置还没有被填充过,才可以进行填充操作;如果该位置不为 0,说明已经被填充过了,需要改变填充方向。
图解:
向下填充:
else if (change == 1)
{
if (row < n - 1 && squmat[row + 1][col] == 0)
{
row++;
}
else
{
col++;
change = 2;
}
}
当满足row < n - 1 && squmat[row + 1][col] == 0时,行数就加1行,向下填充,如果不满足该条件,列数增加,change改为2,开始向右填充。
row < n - 1 && squmat[row + 1][col] == 0解释:
1.row < n - 1:
row < n - 1这个条件是判断当前行索引是否小于矩阵总行数减 1,这意味着还没有到达矩阵的最后一行。如果这个条件不满足,说明已经到了最后一行,不能再往下一行进行填充操作。
2.squmat[row + 1][col] == 0
(1)squmat[row + 1][col]表示当前位置的下一行同一列的元素。
(2)squmat[row + 1][col] == 0判断下一行同一列位置的元素是否为 0。如果是 0,则表示该位置还没有被填充数字,可以将数字按螺旋顺序填充到该位置;如果不是 0,则说明该位置已经被填充过,不能再填充,需要改变填充方向。
向右填充:
else if (change == 2)
{
if (col < m - 1 && squmat[row][col + 1] == 0)
{
col++;
}
else
{
row--;
change = 3;
}
}
当满足col < m - 1 && squmat[row][col + 1] == 0条件,col就加1,向右填充,如果不满足该条件,行数减1,填入数字方向改为向上填充,change = 3。
col < m - 1 && squmat[row][col + 1] == 0理解:
-
col < m - 1 部分
- col是当前元素在矩阵中的列位置,
m
是矩阵的列数。col < m - 1这个条件用于判断当前列是否小于矩阵总列数减 1。 - 这是因为在矩阵中,列索引从 0 开始,当col等于m - 1时,已经到达了矩阵最右侧的列,再向右就超出矩阵范围了。
- col是当前元素在矩阵中的列位置,
-
squmat[row][col + 1] == 0部分
- squmat[row][col + 1]表示当前元素的右侧相邻元素(在同一行,列索引增加 1)。
- squmat[row][col + 1] == 0 判断右侧相邻元素的值是否为 0。在蛇形矩阵填充算法中,值为 0 通常表示该位置尚未被填充数字。
向上填充:
else if (change == 3)
{
if (row > 0 && squmat[row - 1][col] == 0)
{
row--;
}
else
{
col--;
change = 0;
}
}
与上类似,就跳过了。
四、完整代码:
#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 0;
int m = 0;
scanf("%d %d", &n, &m);
int squmat[m][m];
for (int i = 0; i < n; i++)
{
for (int j = 0; j < m; j++)
{
squmat[i][j] = 0;
}
}
int num = 1;
int row = 0; int col = m - 1;
int change = 0;
while (num <= n * m)
{
squmat[row][col] = num;
num++;
if (change == 0)
{
if (col > 0 && squmat[row][col] == 0)
{
col--;
}
else
{
row++;
change = 1;
}
}
else if (change == 1)
{
if (row < n - 1 && squmat[row + 1][col] == 0)
{
row++;
}
else
{
col++;
change = 2;
}
}
else if (change == 2)
{
if (col < m - 1 && squmat[row][col + 1] == 0)
{
col++;
}
else
{
row--;
change = 3;
}
}
else if (change == 3)
{
if (row > 0 && squmat[row - 1][col] == 0)
{
row--;
}
else
{
col--;
change = 0;
}
}
}
for (int i = 0; i < n; i++)
{
for (int j = 0;j < m; j++)
{
printf("%d ", squmat[i][j]);
}
}
return 0;
}