【力扣】Z字形变换，模拟+直接构造

Z字形变换原题地址

方法一：利用二维矩阵模拟

对于特殊情况，z字形变换后只有一行或只有一列，则变换后的字符串和原字符串相同。

对于一般情况，我们可以考虑按照题目要求，把字符串按照Z字形存储到二维数组中，再横向遍历所有有效字符。

假设Z字形变换后的矩阵有r行，字符串的长度为n。

Z字形变换是按照周期t先向下，再向右上运动。一个周期t=r+(r-2)=r*2-2。

其中r-2不包含两个红圈的位置。 一个周期t内的行数为r行，列数为1+(r-2)=r-1列，即最左边的一列以及中间的r-2列。矩阵的周期数为(n/t)向上取整，即(n+t-1)/t，加上的t-1是为了向上取整。矩阵的总列数为周期数*每个周期的列数，即c=(n+t-1)/t*(r-1)。

那么，什么时候向下走，什么时候向右上方走呢？这要看当前处在周期的什么位置。假设当前遍历到下标为i的字符，如果imodt。

// 方法一：利用二维矩阵模拟
class Solution {
public:
    string convert(string s, int numRows) {
        int n = s.size();
        int r = numRows; // 行数
        // 只有一行或者只有一列
        if (r == 1 || r >= n)
            return s;

        // 周期t=r+r-2
        int t = r * 2 - 2;
        // 一共有 (n/t)向上取整 个周期
        // 即(n+t-1)/t个周期
        // 每个周期有1+r-2=r-1列
        int c = (n + t - 1) / t * (r - 1); // 列数

        // 构造矩阵，即r个string的数组，每个string的长度为c
        vector mat(r, string(c, 0));
        int x = 0, y = 0; // 左上角
        for (int i = 0; i < n; ++i)
        {
            mat[x][y] = s[i];
            // 周期前r-1次都是向下移动
            // 否则向右上方移动
            if (i % t < r - 1)
            {
                ++x;
            }
            else
            {
                --x;
                ++y;
            }
        }

        string ans;
        // 拼接每行有效字符
        for (auto& row : mat)
        {
            for (auto ch : row)
            {
                if (ch)
                    ans += ch;
            }
        }

        return ans;
    }
};

方法二：压缩矩阵空间

模拟时，可以不按照Z字形存储到矩阵中，而是根据当前字符在第几行，就存储在该行的最后一个位置，即尾插到当前行。这样的话可以节省矩阵的空间。

如果采用这种方案，就只需要考虑是向下走还是向上走。按照相同的思路，当imodt

// 方法二：压缩矩阵空间
class Solution {
public:
    string convert(string s, int numRows) {
        int n = s.size();
        int r = numRows; // 行数
        // 只有一行或只有一列
        if (r == 1 || r >= n)
            return s;

        vector mat(r);
        // 周期t=r+r-2
        int t = r * 2 - 2;
        int x = 0; // 在第几个string后面添加字符
        for (int i = 0; i < n; ++i)
        {
            mat[x] += s[i];
            // 每个周期前r-1次向下移动
            if (i % t < r - 1)
                ++x;
            else
                --x;
        }

        string ans;
        // 拼接所有行
        for (auto& row : mat)
        {
            ans += row;
        }

        return ans;
    }
};

方法三：方法二的另一种写法

在考虑是向下走还是向上走时，可以不用计算在当前周期的第几个位置，而是直接判断当前所处位置是否在最上面还是最下面。也就是说，如果当前在第x行，若x==1或者x==r-1，说明要转向，本来是向下走就要转为向上走，本来是向上走就要转为向下走。

我们可以定义一个flag，如果flag=1代表向下走，flag=-1代表向上走，每次只需要x+=flag就能求出新的所在行x了。如果要转向，只需执行flag=-flag。

// 方法三：方法二的另一种写法，利用flag记录何时转向
class Solution {
public:
    string convert(string s, int numRows) {
        int n = s.size();
        int r = numRows; // 行数
        // 只有一行或只有一列
        if (r == 1 || r >= n)
            return s;

        vector mat(r);
        int x = 0; // 在第几个string后面添加字符
        int flag = 1; // 行转向标志，1代表向下走，-1代表向上走
        for (int i = 0; i < n; ++i)
        {
            mat[x] += s[i];
            x += flag;

            // 转向
            if (x == r - 1 || x == 0)
                flag = -flag;
        }

        string ans;
        // 拼接所有行
        for (auto& row : mat)
        {
            ans += row;
        }

        return ans;
    }
};

方法四：直接构造

前三种方法都需要构造一个新的矩阵来模拟，我们可以考虑直接构造，也就是直接取出原字符串的字符来构造ans字符串。这就需要找出Z字形变换的规律，看图：

按照“Z字形”的顺序来看，就是0->1->2->3->...->t-2->t-1->t->t+1->t+2->...->2t-2->2t-1->2t->2t+1->2t+2->...

如果我们横着看呢？ 我们用i来控制行，i从0递增到r-1。再用j控制列，j从0开始，每次递增t，也就是0,t,2t,3t,...。那么下图中，每个周期都是线+方框，线是i+j，框柱的是j+t-i。

对于每一行，都有线，但是第0行和第r-1行没有方框内的元素，利用这点直接构造字符串即可。

// 方法四：直接构造
class Solution {
public:
    string convert(string s, int numRows) {
        int n = s.size();
        int r = numRows; // 行数
        // 只有一行或只有一列
        if (r == 1 || r >= n)
            return s;

        string ans;
        // 周期t=r+r-2
        int t = r * 2 - 2;

        for (int i = 0; i < r; ++i)
        {
            for (int j = 0; j + i < n; j += t)
            {
                // 当前周期第一个字符
                ans += s[j + i];

                // 若不是第一行和最后一行，还有第二个字符
                if (0 < i && i < r - 1 && j + t - i < n)
                    ans += s[j + t - i];
            }
        }

        return ans;
    }
};