二维数组遍历技巧

旋转图像

48. 旋转图像 - 力扣（LeetCode）

有时候咱们拍脑袋的常规思维，在计算机看来可能并不是最优雅的；但是计算机觉得最优雅的思维，对咱们来说却不那么直观。

我们可以先将 `n x n` 矩阵 `matrix` 按照左上到右下的对角线进行镜像对称：

然后再对矩阵的每一行进行反转：

发现结果就是 `matrix` 顺时针旋转 90 度的结果：

将上述思路翻译成代码，即可解决本题：

// 将二维矩阵原地顺时针旋转 90 度
public void rotate(int[][] matrix) {
    int n = matrix.length;
    // 先沿对角线镜像对称二维矩阵
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = i; j < n; j++) {
            // swap(matrix[i][j], matrix[j][i]);
            int temp = matrix[i][j];
            matrix[i][j] = matrix[j][i];
            matrix[j][i] = temp;
        }
    }
    // 然后反转二维矩阵的每一行
    for (int[] row : matrix) {
        reverse(row);
    }
}

// 反转一维数组
void reverse(int[] arr) {
    int i = 0, j = arr.length - 1;
    while (j > i) {
        // swap(arr[i], arr[j]);
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
        i++;
        j--;
    }
}

如果没有做过这道题，怎么可能想到这种思路呢？

仔细想想，旋转二维矩阵的难点在于将「行」变成「列」，将「列」变成「行」，而只有按照对角线的对称操作是可以轻松完成这一点的，对称操作之后就很容易发现规律了。

既然说到这里，我们可以发散一下，如何将矩阵逆时针旋转 90 度呢？

思路是类似的，只要通过另一条对角线镜像对称矩阵，然后再反转每一行，就得到了逆时针旋转矩阵的结果：

// 将二维矩阵原地逆时针旋转 90 度
void rotate2(int[][] matrix) {
    int n = matrix.length;
    // 沿左下到右上的对角线镜像对称二维矩阵
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = 0; j < n - i; j++) {
            // swap(matrix[i][j], matrix[n-j-1][n-i-1])
            int temp = matrix[i][j];
            matrix[i][j] = matrix[n - j - 1][n - i - 1];
            matrix[n - j - 1][n - i - 1] = temp;
        }
    }
    // 然后反转二维矩阵的每一行
    for (int[] row : matrix) {
        reverse(row);
    }
}

void reverse(int[] arr) {
  int i = 0, j = arr.length - 1;
    while (j > i) {
        // swap(arr[i], arr[j]);
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
        i++;
        j--;
    }
}

至此，旋转矩阵的问题就解决了。

螺旋矩阵

54. 螺旋矩阵 - 力扣（LeetCode）

解题的核心思路是按照右、下、左、上的顺序遍历数组，并使用四个变量圈定未遍历元素的边界：

随着螺旋遍历，相应的边界会收缩，直到螺旋遍历完整个数组：

只要有了这个思路，翻译出代码就很容易了：

List spiralOrder(int[][] matrix) {
    int m = matrix.length, n = matrix[0].length;
    int upper_bound = 0, lower_bound = m - 1;
    int left_bound = 0, right_bound = n - 1;
    List res = new LinkedList<>();
    // res.size() == m * n 则遍历完整个数组
    while (res.size() < m * n) {
        if (upper_bound <= lower_bound) {
            // 在顶部从左向右遍历
            for (int j = left_bound; j <= right_bound; j++) {
                res.add(matrix[upper_bound][j]);
            }
            // 上边界下移
            upper_bound++;
        }
        
        if (left_bound <= right_bound) {
            // 在右侧从上向下遍历
            for (int i = upper_bound; i <= lower_bound; i++) {
                res.add(matrix[i][right_bound]);
            }
            // 右边界左移
            right_bound--;
        }
        
        if (upper_bound <= lower_bound) {
            // 在底部从右向左遍历
            for (int j = right_bound; j >= left_bound; j--) {
                res.add(matrix[lower_bound][j]);
            }
            // 下边界上移
            lower_bound--;
        }
        
        if (left_bound <= right_bound) {
            // 在左侧从下向上遍历
            for (int i = lower_bound; i >= upper_bound; i--) {
                res.add(matrix[i][left_bound]);
            }
            // 左边界右移
            left_bound++;
        }
    }
    return res;
}

螺旋矩阵Ⅱ

59. 螺旋矩阵 II - 力扣（LeetCode）

也是类似的题目，只不过是反过来，让你按照螺旋的顺序生成矩阵：

有了上面的铺垫，稍微改一下代码即可完成这道题：

public int[][] generateMatrix(int n) {
    int[][] matrix = new int[n][n];
    int upper_bound = 0, lower_bound = n - 1;
    int left_bound = 0, right_bound = n - 1;
    // 需要填入矩阵的数字
    int num = 1;
    
    while (num <= n * n) {
        if (upper_bound <= lower_bound) {
            // 在顶部从左向右遍历
            for (int j = left_bound; j <= right_bound; j++) {
                matrix[upper_bound][j] = num++;
            }
            // 上边界下移
            upper_bound++;
        }
        
        if (left_bound <= right_bound) {
            // 在右侧从上向下遍历
            for (int i = upper_bound; i <= lower_bound; i++) {
                matrix[i][right_bound] = num++;
            }
            // 右边界左移
            right_bound--;
        }
        
        if (upper_bound <= lower_bound) {
            // 在底部从右向左遍历
            for (int j = right_bound; j >= left_bound; j--) {
                matrix[lower_bound][j] = num++;
            }
            // 下边界上移
            lower_bound--;
        }
        
        if (left_bound <= right_bound) {
            // 在左侧从下向上遍历
            for (int i = lower_bound; i >= upper_bound; i--) {
                matrix[i][left_bound] = num++;
            }
            // 左边界右移
            left_bound++;
        }
    }
    return matrix;
}