Цикл по спирали

Question

Другу был нужен алгоритм, который позволял бы ему проходить по элементам матрицы NxM (N и M нечетные). Я придумал решение, но я хотел посмотреть, смогут ли мои коллеги-SO предложить лучшее решение.

Я публикую свое решение в качестве ответа на этот вопрос.

Пример вывода:

Для матрицы 3x3 вывод должен быть:

(0, 0) (1, 0) (1, 1) (0, 1) (-1, 1) (-1, 0) (-1, -1) (0, -1) (1, -1)

Кроме того, алгоритм должен поддерживать неквадратные матрицы, поэтому, например, для матрицы 5x3 вывод должен быть:

(0, 0) (1, 0) (1, 1) (0, 1) (-1, 1) (-1, 0) (-1, -1) (0, -1) (1, -1) (2, -1) (2, 0) (2, 1) (-2, 1) (-2, 0) (-2, -1)

Answer 1

Here is my attempt for simple C solution. First print the outer spiral and move one block inside..and repeat.

#define ROWS        5
#define COLS        5
//int A[ROWS][COLS] = { {1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {11, 12, 13, 14}, {15, 16, 17, 18} };
//int A[ROWS][COLS] = { {1, 2, 3}, {6, 7, 8}, { 12, 13, 14} };
//int A[ROWS][COLS] = { {1, 2}, {3, 4}};

int A[ROWS][COLS] = { {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} };


void print_spiral(int rows, int cols)
{
    int row = 0;
    int offset = 0;

    while (offset < (ROWS - 1)) {
        /* print one outer loop at a time. */
        for (int col = offset; col <= cols; col++) {
            printf("%d ", A[offset][col]);
        }

        for (row = offset + 1; row <= rows; row++) {
            printf("%d ", A[row][cols]);
        }

        for (int col = cols - 1; col >= offset; col--) {
            printf("%d ", A[rows][col]);
        }

        for (row = rows - 1; row >= offset + 1; row--) {
            printf("%d ", A[row][offset]);
        }

       /* Move one block inside */
        offset++;
        rows--;
        cols--;
    }
    printf("\n");
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    print_spiral(ROWS-1, COLS-1);
    return 0;
}

Answer 2

Просто для удовольствия в Javascript:

function spiral(x, y) {
  var iy = ix = 0
    , hr = (x - 1) / 2
    , vr = (y - 1) / 2
    , tt = x * y
    , matrix = []
    , step = 1
    , dx = 1
    , dy = 0;

  while(matrix.length < tt) {

    if((ix <= hr && ix >= (hr * -1)) && (iy <= vr && (iy >= (vr * -1)))) {
      console.log(ix, iy);
      matrix.push([ix, iy]);
    }

    ix += dx;
    iy += dy;

    // check direction
    if(dx !== 0) {
      // increase step
      if(ix === step && iy === (step * -1)) step++;

      // horizontal range reached
      if(ix === step || (ix === step * -1)) {
        dy = (ix === iy)? (dx * -1) : dx;
        dx = 0;  
      }
    } else {
      // vertical range reached
      if(iy === step || (iy === step * -1)) {
        dx = (ix === iy)? (dy * -1) : dy;
        dy = 0;
      }
    }
  }

  return matrix;
}

var sp = spiral(5, 3);

Answer 3

Это мое очень плохое решение, основанное на минимальных знаниях Java. Здесь я должен разместить юниты на поле по спирали. Юниты нельзя размещать поверх других юнитов, в горах или в океане.

Для ясности. Это не хорошее решение. Это очень плохое решение, добавленное для того, чтобы другие люди смеялись над тем, как плохо это можно сделать

private void unitPlacementAlgorithm(Position p, Unit u){
    int i = p.getRow();
    int j = p.getColumn();

    int iCounter = 1;
    int jCounter = 0;

    if (getUnitAt(p) == null) {
            unitMap.put(p, u);
    } else {
        iWhileLoop(i, j, iCounter, jCounter, -1, u);
    }

}

private void iWhileLoop(int i, int j, int iCounter, int jCounter, int fortegn, Unit u){
    if(iCounter == 3) {
        for(int k = 0; k < 3; k++) {
            if(k == 2) { //This was added to make the looping stop after 9 units
                System.out.println("There is no more room around the city");
                return; 
            }
            i--;

            if (getUnitAt(new Position(i, j)) == null 
                && !(getTileAt(new Position(i, j)).getTypeString().equals(GameConstants.OCEANS)) 
                && !(getTileAt(new Position(i, j)).getTypeString().equals(GameConstants.MOUNTAINS))) {
                    unitMap.put(new Position(i, j), u);
                    return;
            }
            iCounter--;
        }
    }

    while (iCounter > 0) {
        if (fortegn > 0) {
            i++;
        } else {
            i--;
        }

        if (getUnitAt(new Position(i, j)) == null 
            && !(getTileAt(new Position(i, j)).getTypeString().equals(GameConstants.OCEANS)) 
            && !(getTileAt(new Position(i, j)).getTypeString().equals(GameConstants.MOUNTAINS))) {
                unitMap.put(new Position(i, j), u);
                return;
        }
        iCounter--;
        jCounter++;
    }
    fortegn *= -1;
    jWhileLoop(i, j, iCounter, jCounter, fortegn, u);
}

private void jWhileLoop(int i, int j, int iCounter, int jCounter,
        int fortegn, Unit u) {
    while (jCounter > 0) {
        if (fortegn > 0) {
            j++;
        } else {
            j--;
        }

        if (getUnitAt(new Position(i, j)) == null 
            && !(getTileAt(new Position(i, j)).getTypeString().equals(GameConstants.OCEANS)) 
            && !(getTileAt(new Position(i, j)).getTypeString().equals(GameConstants.MOUNTAINS))) {
                unitMap.put(new Position(i, j), u);
                return;

        }
        jCounter--;
        iCounter++;
        if (jCounter == 0) {
            iCounter++;
        }

    }
    iWhileLoop(i, j, iCounter, jCounter, fortegn, u);
}

Благодарность любому, кто действительно может прочитать это

Бонусный вопрос: каково время работы этого "алгоритма"? : P

Answer 4

Мне очень нравится этот вызов 1+ для этого поста. Я попробовал это Ruby Код:

Для 3X3 Квадратная матрица

(0..8).each do |i|
    j = Math.sqrt(i).round
    k = (j ** 2 - i).abs - j
    p = [k, -k].map {|l| (l + j ** 2 - i - (j % 2)) * 0.5 * (-1) ** j}.map(&:to_i)
    puts "(#{p[0]}, #{p[1]}) "
end

Выход:

(0, 0) (1, 0) (1, 1) (0, 1) (-1, 1) (-1, 0) (-1, -1) (0, -1) (1, -1) 

---

Для 5X3 , как вы упомянули на изображении

iter = (0..19).to_enum
while true
    i = iter.next
    j = Math.sqrt(i).round
    k = (j ** 2 - i).abs - j
    p = [k, -k].map {|l| (l + j ** 2 - i - (j % 2)) * 0.5 * (-1) ** j}.map(&:to_i)
    print "(#{p[0]}, #{p[1]}) "
  if i == 11
    5.times {i = iter.next}
  end
end

Вывод для этого:

(0, 0) (1, 0) (1, 1) (0, 1) (-1, 1) (-1, 0) (-1, -1) (0, -1) (1, -1) (2, -1) (2, 0) (2, 1) (-2, 1) (-2, 0) (-2, -1)

Answer 5

Я сделал это с другом, который настраивает соотношение сторон спирали и холста в Javascript. Лучшее решение, которое я получил для эволюции изображения пиксель за пикселем, заполняя все изображение.

Надеюсь, это кому-нибудь поможет.

var width = 150;
var height = 50;

var x = -(width - height)/2;
var y = 0;
var dx = 1;
var dy = 0;
var x_limit = (width - height)/2;
var y_limit = 0;
var counter = 0;

var canvas = document.getElementById("canvas");
var ctx = canvas.getContext('2d');

setInterval(function(){
   if ((-width/2 < x && x <= width/2)  && (-height/2 < y && y <= height/2)) {
       console.log("[ " + x + " , " +  y + " ]");
       ctx.fillStyle = "#FF0000";
       ctx.fillRect(width/2 + x, height/2 - y,1,1);
   }
   if( dx > 0 ){//Dir right
       if(x > x_limit){
           dx = 0;
           dy = 1;
       }
   }
   else if( dy > 0 ){ //Dir up
       if(y > y_limit){
           dx = -1;
           dy = 0;
       }
   }
   else if(dx < 0){ //Dir left
       if(x < (-1 * x_limit)){
           dx = 0;
           dy = -1;
       }
   }
   else if(dy < 0) { //Dir down
       if(y < (-1 * y_limit)){
           dx = 1;
           dy = 0;
           x_limit += 1;
           y_limit += 1;
       }
   }
   counter += 1;
   //alert (counter);
   x += dx;
   y += dy;      
}, 1);

Вы можете видеть, как он работает на http://jsfiddle.net/hitbyatruck/c4Kd6/. Просто убедитесь, что изменили ширину и высоту холста в переменных javascript и в атрибутах HTML.

Answer 6

Это основано на вашем собственном решении, но мы можем быть умнее в поиске углов. Это облегчает понимание того, как можно пропустить области снаружи, если M и N сильно различаются.

def spiral(X, Y):
    x = y = 0
    dx = 0
    dy = -1
    s=0
    ds=2
    for i in range(max(X, Y)**2):
            if abs(x) <= X and abs(y) <= Y/2:
                    print (x, y)
                    # DO STUFF...
            if i==s:
                    dx, dy = -dy, dx
                    s, ds = s+ds/2, ds+1
            x, y = x+dx, y+dy

и решение на основе генератора, которое лучше, чем O (max (n, m) ^ 2), это O (nm + abs (nm) ^ 2), потому что оно пропускает целые полосы, если они не являются частью решения .

def spiral(X,Y):
X = X+1>>1
Y = Y+1>>1
x = y = 0
d = side = 1
while x<X or y<Y:
    if abs(y)<Y:
        for x in range(x, x+side, d):
            if abs(x)<X: yield x,y
        x += d
    else:
        x += side
    if abs(x)<X:
        for y in range(y, y+side, d):
            if abs(y)<Y: yield x,y
        y += d
    else:
        y += side
    d =-d
    side = d-side

Answer 7

Отличное решение Davidont в VB.Net

    Public Function Spiral(n As Integer) As RowCol
    ' given n an index in the squared spiral
    ' p the sum of point in inner square
    ' a the position on the current square
    ' n = p + a
    ' starts with row 0 col -1
    Dim r As Integer = CInt(Math.Floor((Math.Sqrt(n + 1) - 1) / 2) + 1)

    ' compute radius : inverse arithmetic sum of 8+16+24+...=
    Dim p As Integer = (8 * r * (r - 1)) \ 2
    ' compute total point on radius -1 : arithmetic sum of 8+16+24+...

    Dim en As Integer = r * 2
    ' points by face

    Dim a As Integer = (1 + n - p) Mod (r * 8)
    ' compute the position and shift it so the first is (-r,-r) but (-r+1,-r)
    ' so square can connect

    Dim row As Integer
    Dim col As Integer

    Select Case Math.Floor(a \ (r * 2))
        ' find the face : 0 top, 1 right, 2, bottom, 3 left
        Case 0
            row = a - r
            col = -r
        Case 1
            row = r
            col = (a Mod en) - r
        Case 2
            row = r - (a Mod en)
            col = r
        Case 3
            row = -r
            col = r - (a Mod en)
    End Select

    Return New RowCol(row, col)
End Function

Answer 8

Решение для AutoIt

#include <Math.au3>
#include <Array.au3>

Func SpiralSearch($xMax,$yMax)
    $x = 0
    $y = 0
    $dx = 0
    $dy = -1
    for $i=0 To _max($xMax, $yMax)^2-1 Step 1
        if -$xMax/2 < $x and $x <= $xMax/2 And -$yMax/2 < $y And $y <= $yMax/2 Then
            MsgBox(0, "We are here ", $x & " " & $y)
        EndIf
        if $x == $y or ($x < 0 and $x == -$y) or ($x > 0 and $x == 1-$y) Then
            _ArraySwap ($dx, $dy)
            $dx=-$dx
        EndIf
        $x += $dx
        $y += $dy
    Next
EndFunc

Answer 9

Это мой подход к квадратной спирали в C #, я сделал это некоторое время назад, я просто подумал, что могу добавить его, так как он отличается от всех остальных, не самый лучший, но просто другой способ, я уверен его можно адаптировать и для неквадрата.

При таком подходе я делаю максимальное количество шагов вместо максимального вектора tho.

Главное в этом подходе - углы, есть некоторые настройки для первого шага и шаг "прогресса", необходимый для выхода из "угла" в правом нижнем углу.

private void Spiral(int sequence)
{
    const int x = 0;
    const int y = 1;
    int[,] matrix = new int[2, sequence];
    int dirX, dirY, prevX, prevY, curr;
    dirX = dirY = prevX = prevY = curr = default(int);

    do
    {
        if (curr > 0)
        {
            prevX = matrix[x, curr - 1];
            prevY = matrix[y, curr - 1];
        }

        //Change direction based on the corner.
        if (Math.Abs(prevX) == Math.Abs(prevY) && curr > 0)
        {
            dirX = dirY = 0;

            if (prevY > 0 && prevX > 0)
                dirX = -1;
            else if (prevY > 0 && prevX < 0)
                dirY = -1;
            else if (prevY < 0 && prevX < 0)
                dirX = 1;
            else if (prevY < 0 && prevX > 0) //Move forward
                dirX = 1;
            else if (prevY == 0 && prevX == 0) //For the first step.
                dirX = 1;
        }
        else if (prevY < 0 && prevX > 0 && (Math.Abs(matrix[x, curr - 2]) == Math.Abs(matrix[y, curr - 2]))) //Move forward
        {
            dirX = 0;
            dirY = 1;
        }
        else if (prevX == 1 && prevY == 0) //For the second step.
        {
            dirY = 1;
            dirX = 0;
        }

        matrix[x, curr] = prevX + dirX;
        matrix[y, curr] = prevY + dirY;

        System.Console.Write($"({matrix[x, curr]},{matrix[y, curr]}) ");

    } while (++curr < sequence);
}

Answer 10

Недавно у меня была похожая проблема, когда мне пришлось создать двумерный массив и использовать алгоритм спиральной матрицы для сортировки и печати результатов. Этот код C # будет работать с N, N 2D массивом. Для ясности он многословен и, вероятно, может быть переработан в соответствии с вашими потребностями.

//CREATE A NEW MATRIX OF SIZE 4 ROWS BY 4 COLUMNS - SCALE MATRIX SIZE HERE
SpiralMatrix SM = new SpiralMatrix(4, 4);
string myData = SM.Read();


public class SpiralMatrix
{
    //LETS BUILD A NEW MATRIX EVERY TIME WE INSTANTIATE OUR CLASS
    public SpiralMatrix(int Rows, int Cols)
    {
        Matrix = new String[Rows, Cols];

        int pos = 1;
        for(int r = 0; r<Rows; r++){
            for (int c = 0; c < Cols; c++)
            {
                //POPULATE THE MATRIX WITH THE CORRECT ROW,COL COORDINATE
                Matrix[r, c] = pos.ToString();
                pos++;
            }
        }
    }

    //READ MATRIX
    public string Read()
    {
        int Row = 0;
        int Col = 0;

        string S = "";
        bool isDone = false;

        //CHECK tO SEE IF POSITION ZERO IS AVAILABLE
        if(PosAvailable(Row, Col)){
            S = ConsumePos(Row, Col);
        }


        //START READING SPIRAL
        //THIS BLOCK READS A FULL CYCLE OF RIGHT,DOWN,LEFT,UP EVERY ITERATION
        while(!isDone)
        {
            bool goNext = false;

            //READ ALL RIGHT SPACES ON THIS PATH PROGRESSION
            while (PosAvailable(Row, Col+1))
            {
                //Is ReadRight Avail
                Col++;
                S += ConsumePos(Row, Col);
                goNext = true;
            }

            //READ ALL DOWN SPACES ON THIS PATH PROGRESSION
            while(PosAvailable(Row+1, Col)){
                //Is ReadDown Avail
                Row++;
                S += ConsumePos(Row, Col);
                goNext = true;
            }

            //READ ALL LEFT SPACES ON THIS PATH PROGRESSION
            while(PosAvailable(Row, Col-1)){
                //Is ReadLeft Avail
                Col--;
                S += ConsumePos(Row, Col);
                goNext = true;
            }

            //READ ALL UP SPACES ON THIS PATH PROGRESSION
            while(PosAvailable(Row-1, Col)){
                //Is ReadUp Avail
                Row--;
                S += ConsumePos(Row, Col);
                goNext = true;
            }

            if(!goNext){
                //DONE - SET EXIT LOOP FLAG
                isDone = true;
            }
        }

        return S;
    }

    //DETERMINE IF THE POSITION IS AVAILABLE
    public bool PosAvailable(int Row, int Col)
    {
        //MAKE SURE WE ARE WITHIN THE BOUNDS OF THE ARRAY
        if (Row < Matrix.GetLength(0) && Row >= 0
            && Col < Matrix.GetLength(1) && Col >= 0)
        {
            //CHECK COORDINATE VALUE
            if (Matrix[Row, Col] != ConsumeChar)
                return true;
            else
                return false;
        }
        else
        {
            //WE ARE OUT OF BOUNDS
            return false;
        }
    }

    public string ConsumePos(int Row, int Col)
    {
        string n = Matrix[Row, Col];
        Matrix[Row, Col] = ConsumeChar;
        return n;
    }

    public string ConsumeChar = "X";
    public string[,] Matrix;
}