LeetCode 面试题 16.22. 兰顿蚂蚁

一、题目

  一只蚂蚁坐在由白色和黑色方格构成的无限网格上。开始时，网格全白，蚂蚁面向右侧。每行走一步，蚂蚁执行以下操作。

  (1) 如果在白色方格上，则翻转方格的颜色，向右(顺时针)转 90 度，并向前移动一个单位。
  (2) 如果在黑色方格上，则翻转方格的颜色，向左(逆时针方向)转 90 度，并向前移动一个单位。

  编写程序来模拟蚂蚁执行的前 K 个动作，并返回最终的网格。

  网格由数组表示，每个元素是一个字符串，代表网格中的一行，黑色方格由 'X' 表示，白色方格由 '_' 表示，蚂蚁所在的位置由 'L', 'U', 'R', 'D' 表示，分别表示蚂蚁 左、上、右、下 的朝向。只需要返回能够包含蚂蚁走过的所有方格的最小矩形。

示例 1:

输入: 0
输出: [“R”]

示例 2:

输入: 2
输出:
[
“_X”,
“LX”
]

示例 3:

输入: 5
输出:
[
“U",
"X”,
“XX”
]

说明：

• K <= 100000

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二、C# 题解

  题目比较简单，一步步实现就好。这里说明以下几点：

1. 使用 hashset 存储是否有黑格，会比使用 dictionary 存储每个位置的颜色要好，速度回更快。
2. 最后使用 char 数组存储中间数据，会比使用 stringbuilder 处理每一行数据要好，因为已经知道了矩阵规模，可以直接分配内存读写数据，而 stringbuilder 不能直接进行索引。

public class Solution {
    public static readonly int[,] DELTA_POS = {
        { 1, 0 },
        { 0, 1 },
        { -1, 0 },
        { 0, -1 },
    };

    public static readonly char[] DIRECTIONS = { 'R', 'U', 'L', 'D' };

    public IList<string> PrintKMoves(int K) {
        int i    = 0, j = 0;                        // 当前位置
        int dir  = 0;                               // 当前方向
        int minx = 0, miny = 0, maxx = 0, maxy = 0; // 最大边界

        HashSet<(int x, int y)> blackBlock = new HashSet<(int x, int y)>(); // 记录当前黑格位置
        while (K-- > 0) {
            // 更新方向、翻转黑白格
            if (blackBlock.Add((i, j))) dir = (dir + 3) % 4; // 白格才能加进去，加进去的同时完成了翻转颜色
            else {
                dir = (dir + 1) % 4;
                blackBlock.Remove((i, j)); // 黑格移出，变成白格
            }
            
            // 依据方向更新当前位置
            i += DELTA_POS[dir, 0];
            j += DELTA_POS[dir, 1];
            
            // 更新最大边界
            switch (dir) {
                case 0 when i > maxx:
                    maxx = i;
                    break;
                case 1 when j > maxy:
                    maxy = j;
                    break;
                case 2 when i < minx:
                    minx = i;
                    break;
                case 3 when j < miny:
                    miny = j;
                    break;
            }
        }

        IList<string> ans = new List<string>(); // 答案

        char[][] data = new char[maxy - miny + 1][]; // 中间记录数据
        
        // 全部初始化为白格
        for (var x = 0; x < data.Length; x++) {
            data[x] = new char[maxx - minx + 1];
            for (var y = 0; y < data[x].Length; y++)
                data[x][y] = '_';
        }
        // 黑格覆盖
        foreach (var tuple in blackBlock)
            data[tuple.y - miny][tuple.x - minx] = 'X';
        
        // 覆盖当前位置
        data[j - miny][i - minx] = DIRECTIONS[dir];
        
        // 添加答案
        for (var l = data.Length - 1; l >= 0; l--)
            ans.Add(new string(data[l]));

        return ans;
    }
}

• 时间：152 ms，击败 100.00% 使用 C# 的用户
• 内存：77.01 MB，击败 100.00% 使用 C# 的用户