Другу нужен алгоритм, который позволил бы ему пропустить элементы матрицы NxM (N и M нечетны). Я придумал решение, но я хотел посмотреть, смогут ли мои коллеги SO's найти лучшее решение.
Я отправляю свое решение в качестве ответа на этот вопрос.
Результат:
Для матрицы 3x3 выход 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 выход 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)
Здесь мое решение (в Python):
def spiral(X, Y):
x = y = 0
dx = 0
dy = -1
for i in range(max(X, Y)**2):
if (-X/2 < x <= X/2) and (-Y/2 < y <= Y/2):
print (x, y)
# DO STUFF...
if x == y or (x < 0 and x == -y) or (x > 0 and x == 1-y):
dx, dy = -dy, dx
x, y = x+dx, y+dy
С++ кто-нибудь? Быстрый перевод с python, отправленный для полноты
void Spiral( int X, int Y){
int x,y,dx,dy;
x = y = dx =0;
dy = -1;
int t = std::max(X,Y);
int maxI = t*t;
for(int i =0; i < maxI; i++){
if ((-X/2 <= x) && (x <= X/2) && (-Y/2 <= y) && (y <= Y/2)){
// DO STUFF...
}
if( (x == y) || ((x < 0) && (x == -y)) || ((x > 0) && (x == 1-y))){
t = dx;
dx = -dy;
dy = t;
}
x += dx;
y += dy;
}
}
let x = 0
let y = 0
let d = 1
let m = 1
while true
while 2 * x * d < m
print(x, y)
x = x + d
while 2 * y * d < m
print(x, y)
y = y + d
d = -1 * d
m = m + 1
Было много предлагаемых решений для этой проблемы, написанных на разных языках программирования, однако все они, похоже, вытекают из одного и того же запутанного подхода. Я рассмотрю более общую задачу вычисления спирали, которая может быть кратко выражена с использованием индукции.
Базовый регистр: Начните с (0, 0), двигайтесь вперед на 1 квадрат, поворачивайте налево, двигайтесь вперед на 1 квадрат, поворачивайте налево. Индуктивный шаг: переместите вперед n + 1 квадрат, поверните налево, переместите n + 1 квадрат, поверните налево.
Математическая элегантность выражения этой проблемы настоятельно предполагает, что для вычисления решения должен быть простой алгоритм. Помня о абстракции, я решил не реализовывать алгоритм на определенном языке программирования, а скорее как псевдокод.
Сначала я рассмотрю алгоритм вычисления всего 2 итераций спирали, используя 4 пары циклов while. Структура каждой пары аналогична, но сама по себе является самостоятельной. Сначала это может показаться сумасшедшим (некоторые петли выполняются только один раз), но шаг за шагом я буду делать преобразования до тех пор, пока мы не достигнем четырех пар циклов, которые идентичны и, следовательно, могут быть заменены одной парой, помещенной внутри другого цикла. Это даст нам общее решение вычисления n итераций без использования каких-либо условностей.
let x = 0
let y = 0
//RIGHT, UP
while x < 1
print(x, y)
x = x + 1
while y < 1
print(x, y)
y = y + 1
//LEFT, LEFT, DOWN, DOWN
while x > -1
print(x, y)
x = x - 1
while y > -1
print(x, y)
y = y - 1
//RIGHT, RIGHT, RIGHT, UP, UP, UP
while x < 2
print(x, y)
x = x + 1
while y < 2
print(x, y)
y = y + 1
//LEFT, LEFT, LEFT, LEFT, DOWN, DOWN, DOWN, DOWN
while x > -2
print(x, y)
x = x - 1
while y > -2
print(x, y)
y = y - 1
Первое преобразование, которое мы сделаем, это введение новой переменной d для направления, которая содержит либо значение +1, либо -1. Направление переключается после каждой пары петель. Поскольку мы знаем значение d во всех точках, мы можем умножить каждую сторону каждого неравенства на него, соответственно отрегулировать направление неравенства и упростить любые умножения d на константу на другую константу. Это оставляет нам следующее.
let x = 0
let y = 0
let d = 1
//RIGHT, UP
while x * d < 1
print(x, y)
x = x + d
while y * d < 1
print(x, y)
y = y + d
d = -1 * d
//LEFT, LEFT, DOWN, DOWN
while x * d < 1
print(x, y)
x = x + d
while y * d < 1
print(x, y)
y = y + d
d = -1 * d
//RIGHT, RIGHT, RIGHT, UP, UP, UP
while x * d < 2
print(x, y)
x = x + d
while y * d < 2
print(x, y)
y = y + d
d = -1 * d
//LEFT, LEFT, LEFT, LEFT, DOWN, DOWN, DOWN, DOWN
while x * d < 2
print(x, y)
x = x + d
while y * d < 2
print(x, y)
y = y + d
Теперь отметим, что как x * d, так и RHS являются целыми числами, поэтому мы можем вычесть любое реальное значение между 0 и 1 из RHS, не влияя на результат неравенства. Мы выбираем вычесть 0,5 из неравенств любой другой пары циклов while, чтобы установить больше шаблона.
let x = 0
let y = 0
let d = 1
//RIGHT, UP
while x * d < 0.5
print(x, y)
x = x + d
while y * d < 0.5
print(x, y)
y = y + d
d = -1 * d
//LEFT, LEFT, DOWN, DOWN
while x * d < 1
print(x, y)
x = x + d
while y * d < 1
print(x, y)
y = y + d
d = -1 * d
//RIGHT, RIGHT, RIGHT, UP, UP, UP
while x * d < 1.5
print(x, y)
x = x + d
while y * d < 1.5
print(x, y)
y = y + d
d = -1 * d
//LEFT, LEFT, LEFT, LEFT, DOWN, DOWN, DOWN, DOWN
while x * d < 2
print(x, y)
x = x + d
while y * d < 2
print(x, y)
y = y + d
Теперь мы можем ввести другую переменную m для числа шагов, которые мы берем в каждой паре циклов while.
let x = 0
let y = 0
let d = 1
let m = 0.5
//RIGHT, UP
while x * d < m
print(x, y)
x = x + d
while y * d < m
print(x, y)
y = y + d
d = -1 * d
m = m + 0.5
//LEFT, LEFT, DOWN, DOWN
while x * d < m
print(x, y)
x = x + d
while y * d < m
print(x, y)
y = y + d
d = -1 * d
m = m + 0.5
//RIGHT, RIGHT, RIGHT, UP, UP, UP
while x * d < m
print(x, y)
x = x + d
while y * d < m
print(x, y)
y = y + d
d = -1 * d
m = m + 0.5
//LEFT, LEFT, LEFT, LEFT, DOWN, DOWN, DOWN, DOWN
while x * d < m
print(x, y)
x = x + d
while y * d < m
print(x, y)
y = y + d
Наконец, мы видим, что структура каждой пары циклов while идентична и может быть сведена к одному циклу, помещенному внутри другого цикла. Кроме того, чтобы избежать использования реальных значений множителей, я умножил начальное значение m; значение m увеличивается на; и обе части каждого неравенства на 2.
Это приводит к решению, показанному в начале этого ответа.
Мне нравятся генераторы питона.
def spiral(N, M):
x,y = 0,0
dx, dy = 0, -1
for dumb in xrange(N*M):
if abs(x) == abs(y) and [dx,dy] != [1,0] or x>0 and y == 1-x:
dx, dy = -dy, dx # corner, change direction
if abs(x)>N/2 or abs(y)>M/2: # non-square
dx, dy = -dy, dx # change direction
x, y = -y+dx, x+dy # jump
yield x, y
x, y = x+dx, y+dy
Тестирование с помощью:
print 'Spiral 3x3:'
for a,b in spiral(3,3):
print (a,b),
print '\n\nSpiral 5x3:'
for a,b in spiral(5,3):
print (a,b),
Вы получаете:
Spiral 3x3:
(0, 0) (1, 0) (1, 1) (0, 1) (-1, 1) (-1, 0) (-1, -1) (0, -1) (1, -1)
Spiral 5x3:
(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)
Здесь O (1) решение найти положение в квадрате спирали: Fiddle
function spiral(n) {
// 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
var r = Math.floor((Math.sqrt(n + 1) - 1) / 2) + 1;
// compute radius : inverse arithmetic sum of 8+16+24+...=
var p = (8 * r * (r - 1)) / 2;
// compute total point on radius -1 : arithmetic sum of 8+16+24+...
var en = r * 2;
// points by face
var a = (1 + n - p) % (r * 8);
// compute de position and shift it so the first is (-r,-r) but (-r+1,-r)
// so square can connect
var pos = [0, 0, r];
switch (Math.floor(a / (r * 2))) {
// find the face : 0 top, 1 right, 2, bottom, 3 left
case 0:
{
pos[0] = a - r;
pos[1] = -r;
}
break;
case 1:
{
pos[0] = r;
pos[1] = (a % en) - r;
}
break;
case 2:
{
pos[0] = r - (a % en);
pos[1] = r;
}
break;
case 3:
{
pos[0] = -r;
pos[1] = r - (a % en);
}
break;
}
console.log("n : ", n, " r : ", r, " p : ", p, " a : ", a, " --> ", pos);
return pos;
}
Java-спираль "Code golf" попытка, основанная на варианте С++.
public static void Spiral(int X, int Y) {
int x=0, y=0, dx = 0, dy = -1;
int t = Math.max(X,Y);
int maxI = t*t;
for (int i=0; i < maxI; i++){
if ((-X/2 <= x) && (x <= X/2) && (-Y/2 <= y) && (y <= Y/2)) {
System.out.println(x+","+y);
//DO STUFF
}
if( (x == y) || ((x < 0) && (x == -y)) || ((x > 0) && (x == 1-y))) {
t=dx; dx=-dy; dy=t;
}
x+=dx; y+=dy;
}
}
Здесь С++-решение, которое показывает, что вы можете сразу и легко вычислить следующие (x, y) координаты из предыдущих - нет необходимости отслеживать текущее направление, радиус или что-то еще:
void spiral(const int M, const int N)
{
// Generate an Ulam spiral centered at (0, 0).
int x = 0;
int y = 0;
int end = max(N, M) * max(N, M);
for(int i = 0; i < end; ++i)
{
// Translate coordinates and mask them out.
int xp = x + N / 2;
int yp = y + M / 2;
if(xp >= 0 && xp < N && yp >= 0 && yp < M)
cout << xp << '\t' << yp << '\n';
// No need to track (dx, dy) as the other examples do:
if(abs(x) <= abs(y) && (x != y || x >= 0))
x += ((y >= 0) ? 1 : -1);
else
y += ((x >= 0) ? -1 : 1);
}
}
Если все, что вы пытаетесь сделать, это сгенерировать первые N точек в спирали (без первоначального ограничения проблемы маскирования в область N x M), код становится очень простым:
void spiral(const int N)
{
int x = 0;
int y = 0;
for(int i = 0; i < N; ++i)
{
cout << x << '\t' << y << '\n';
if(abs(x) <= abs(y) && (x != y || x >= 0))
x += ((y >= 0) ? 1 : -1);
else
y += ((x >= 0) ? -1 : 1);
}
}
Фокус в том, что вы можете сравнить x и y, чтобы определить, на какой стороне квадрата вы находитесь, и это говорит вам, в каком направлении двигаться.
TDD, на Java.
SpiralTest.java:
import java.awt.Point;
import java.util.List;
import junit.framework.TestCase;
public class SpiralTest extends TestCase {
public void test3x3() throws Exception {
assertEquals("(0, 0) (1, 0) (1, 1) (0, 1) (-1, 1) (-1, 0) (-1, -1) (0, -1) (1, -1)", strung(new Spiral(3, 3).spiral()));
}
public void test5x3() throws Exception {
assertEquals("(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)",
strung(new Spiral(5, 3).spiral()));
}
private String strung(List<Point> points) {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
for (Point point : points)
sb.append(strung(point));
return sb.toString().trim();
}
private String strung(Point point) {
return String.format("(%s, %s) ", point.x, point.y);
}
}
Spiral.java:
import java.awt.Point;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Spiral {
private enum Direction {
E(1, 0) {Direction next() {return N;}},
N(0, 1) {Direction next() {return W;}},
W(-1, 0) {Direction next() {return S;}},
S(0, -1) {Direction next() {return E;}},;
private int dx;
private int dy;
Point advance(Point point) {
return new Point(point.x + dx, point.y + dy);
}
abstract Direction next();
Direction(int dx, int dy) {
this.dx = dx;
this.dy = dy;
}
};
private final static Point ORIGIN = new Point(0, 0);
private final int width;
private final int height;
private Point point;
private Direction direction = Direction.E;
private List<Point> list = new ArrayList<Point>();
public Spiral(int width, int height) {
this.width = width;
this.height = height;
}
public List<Point> spiral() {
point = ORIGIN;
int steps = 1;
while (list.size() < width * height) {
advance(steps);
advance(steps);
steps++;
}
return list;
}
private void advance(int n) {
for (int i = 0; i < n; ++i) {
if (inBounds(point))
list.add(point);
point = direction.advance(point);
}
direction = direction.next();
}
private boolean inBounds(Point p) {
return between(-width / 2, width / 2, p.x) && between(-height / 2, height / 2, p.y);
}
private static boolean between(int low, int high, int n) {
return low <= n && n <= high;
}
}
Вот мое решение (In Ruby)
def spiral(xDim, yDim)
sx = xDim / 2
sy = yDim / 2
cx = cy = 0
direction = distance = 1
yield(cx,cy)
while(cx.abs <= sx || cy.abs <= sy)
distance.times { cx += direction; yield(cx,cy) if(cx.abs <= sx && cy.abs <= sy); }
distance.times { cy += direction; yield(cx,cy) if(cx.abs <= sx && cy.abs <= sy); }
distance += 1
direction *= -1
end
end
spiral(5,3) { |x,y|
print "(#{x},#{y}),"
}
Haskell, сделай выбор:
spiral x y = (0, 0) : concatMap ring [1 .. max x' y'] where
ring n | n > x' = left x' n ++ right x' (-n)
ring n | n > y' = up n y' ++ down (-n) y'
ring n = up n n ++ left n n ++ down n n ++ right n n
up x y = [(x, n) | n <- [1-y .. y]]; down = (.) reverse . up
right x y = [(n, y) | n <- [1-x .. x]]; left = (.) reverse . right
(x', y') = (x `div` 2, y `div` 2)
spiral x y = filter (\(x',y') -> 2*abs x' <= x && 2*abs y' <= y) .
scanl (\(a,b) (c,d) -> (a+c,b+d)) (0,0) $
concat [ (:) (1,0) . tail
$ concatMap (replicate n) [(0,1),(-1,0),(0,-1),(1,0)]
| n <- [2,4..max x y] ]
Это в C.
Мне приходилось выбирать неправильные имена переменных. В именах T == top, L == left, B == bottom, R == right. Итак, tli - верхний левый i, а brj - нижний правый j.
#include<stdio.h>
typedef enum {
TLTOR = 0,
RTTOB,
BRTOL,
LBTOT
} Direction;
int main() {
int arr[][3] = {{1,2,3},{4,5,6}, {7,8,9}, {10,11,12}};
int tli = 0, tlj = 0, bri = 3, brj = 2;
int i;
Direction d = TLTOR;
while (tli < bri || tlj < brj) {
switch (d) {
case TLTOR:
for (i = tlj; i <= brj; i++) {
printf("%d ", arr[tli][i]);
}
tli ++;
d = RTTOB;
break;
case RTTOB:
for (i = tli; i <= bri; i++) {
printf("%d ", arr[i][brj]);
}
brj --;
d = BRTOL;
break;
case BRTOL:
for (i = brj; i >= tlj; i--) {
printf("%d ", arr[bri][i]);
}
bri --;
d = LBTOT;
break;
case LBTOT:
for (i = bri; i >= tli; i--) {
printf("%d ", arr[i][tlj]);
}
tlj ++;
d = TLTOR;
break;
}
}
if (tli == bri == tlj == brj) {
printf("%d\n", arr[tli][tlj]);
}
}
Здесь С#, linq'ish.
public static class SpiralCoords
{
public static IEnumerable<Tuple<int, int>> GenerateOutTo(int radius)
{
//TODO trap negative radius. 0 is ok.
foreach(int r in Enumerable.Range(0, radius + 1))
{
foreach(Tuple<int, int> coord in GenerateRing(r))
{
yield return coord;
}
}
}
public static IEnumerable<Tuple<int, int>> GenerateRing(int radius)
{
//TODO trap negative radius. 0 is ok.
Tuple<int, int> currentPoint = Tuple.Create(radius, 0);
yield return Tuple.Create(currentPoint.Item1, currentPoint.Item2);
//move up while we can
while (currentPoint.Item2 < radius)
{
currentPoint.Item2 += 1;
yield return Tuple.Create(currentPoint.Item1, currentPoint.Item2);
}
//move left while we can
while (-radius < currentPoint.Item1)
{
currentPoint.Item1 -=1;
yield return Tuple.Create(currentPoint.Item1, currentPoint.Item2);
}
//move down while we can
while (-radius < currentPoint.Item2)
{
currentPoint.Item2 -= 1;
yield return Tuple.Create(currentPoint.Item1, currentPoint.Item2);
}
//move right while we can
while (currentPoint.Item1 < radius)
{
currentPoint.Item1 +=1;
yield return Tuple.Create(currentPoint.Item1, currentPoint.Item2);
}
//move up while we can
while (currentPoint.Item2 < -1)
{
currentPoint.Item2 += 1;
yield return Tuple.Create(currentPoint.Item1, currentPoint.Item2);
}
}
}
Первый пример вопроса (3x3):
var coords = SpiralCoords.GenerateOutTo(1);
Второй пример вопроса (5x3):
var coords = SpiralCoords.GenerateOutTo(2).Where(x => abs(x.Item2) < 2);
Это немного другая версия - попытка использовать recursion и iterators в LUA. На каждом шаге программа опускается далее внутри матрицы и петель. Я также добавил дополнительный флаг для спирали clockwise или anticlockwise. Выход начинается с нижних правых углов и рекурсивно поворачивается к центру.
local row, col, clockwise
local SpiralGen
SpiralGen = function(loop) -- Generator of elements in one loop
local startpos = { x = col - loop, y = row - loop }
local IteratePosImpl = function() -- This function calculates returns the cur, next position in a loop. If called without check, it loops infinitely
local nextpos = {x = startpos.x, y = startpos.y}
local step = clockwise and {x = 0, y = -1} or { x = -1, y = 0 }
return function()
curpos = {x = nextpos.x, y = nextpos.y}
nextpos.x = nextpos.x + step.x
nextpos.y = nextpos.y + step.y
if (((nextpos.x == loop or nextpos.x == col - loop + 1) and step.y == 0) or
((nextpos.y == loop or nextpos.y == row - loop + 1) and step.x == 0)) then --Hit a corner in the loop
local tempstep = {x = step.x, y = step.y}
step.x = clockwise and tempstep.y or -tempstep.y
step.y = clockwise and -tempstep.x or tempstep.x
-- retract next step with new step
nextpos.x = curpos.x + step.x
nextpos.y = curpos.y + step.y
end
return curpos, nextpos
end
end
local IteratePos = IteratePosImpl() -- make an instance
local curpos, nextpos = IteratePos()
while (true) do
if(nextpos.x == startpos.x and nextpos.y == startpos.y) then
coroutine.yield(curpos)
SpiralGen(loop+1) -- Go one step inner, since we're done with this loop
break -- done with inner loop, get out
else
if(curpos.x < loop + 1 or curpos.x > col - loop or curpos.y < loop + 1 or curpos.y > row - loop) then
break -- done with all elemnts, no place to loop further, break out of recursion
else
local curposL = {x = curpos.x, y = curpos.y}
curpos, nextpos = IteratePos()
coroutine.yield(curposL)
end
end
end
end
local Spiral = function(rowP, colP, clockwiseP)
row = rowP
col = colP
clockwise = clockwiseP
return coroutine.wrap(function() SpiralGen(0) end) -- make a coroutine that returns all the values as an iterator
end
--test
for pos in Spiral(10,2,true) do
print (pos.y, pos.x)
end
for pos in Spiral(10,9,false) do
print (pos.y, pos.x)
end
У меня есть библиотека с открытым исходным кодом, pixelscan, то есть библиотека python, которая предоставляет функции для сканирования пикселей на сетке в различных пространственных шаблонах. Пространственные узоры включают круглые, кольца, сетки, змеи и случайные блуждания. Существуют также различные преобразования (например, клип, своп, поворот, перевод). Исходную задачу ОП можно решить следующим образом:
for x, y in clip(swap(ringscan(0, 0, 0, 2)), miny=-1, maxy=1):
print x, y
что дает точки
(0,0) (1,0) (1,1) (0,1) (-1,1) (-1,0) (-1,-1) (0,-1) (1,-1) (2,0) (2,1) (-2,1) (-2,0)
(-2,-1) (2,-1)
Генераторы и преобразования библиотек могут быть привязаны для изменения точек в широком диапазоне порядков и пространственных шаблонов.
Здесь используется итеративное решение JavaScript (ES6):
let spiralMatrix = (x, y, step, count) => {
let distance = 0;
let range = 1;
let direction = 'up';
for ( let i = 0; i < count; i++ ) {
console.log('x: '+x+', y: '+y);
distance++;
switch ( direction ) {
case 'up':
y += step;
if ( distance >= range ) {
direction = 'right';
distance = 0;
}
break;
case 'right':
x += step;
if ( distance >= range ) {
direction = 'bottom';
distance = 0;
range += 1;
}
break;
case 'bottom':
y -= step;
if ( distance >= range ) {
direction = 'left';
distance = 0;
}
break;
case 'left':
x -= step;
if ( distance >= range ) {
direction = 'up';
distance = 0;
range += 1;
}
break;
default:
break;
}
}
}
Здесь, как его использовать:
spiralMatrix(0, 0, 1, 100);
Это создаст внешнюю спираль, начиная с координат (x = 0, y = 0) с шагом 1, а общее количество элементов равно 100. Реализация всегда начинает движение в следующем порядке: вправо, внизу, слева.
Обратите внимание, что эта реализация создает квадратные матрицы.
Здесь ответ в Julia: мой подход - назначить точки в концентрических квадратах ( "спирали" ) вокруг начала (0,0), где каждый квадрат имеет длину стороны m = 2n + 1, чтобы создать упорядоченный словарь с номерами местоположений ( начиная с 1 для начала координат) в качестве ключей и соответствующей координаты в качестве значения.
Так как максимальное местоположение на спираль находится в (n,-n), остальные точки можно найти, просто работая назад от этой точки, то есть от нижнего правого угла на m-1 единиц, а затем повторяя для перпендикулярных 3 сегментов единиц m-1.
Этот процесс записывается в обратном порядке ниже, в соответствии с тем, как происходит спираль, а не этот обратный процесс подсчета, т.е. сегмент ra [правый восходящий] уменьшается на 3(m+1), затем la [слева вверх] на 2(m+1) и т.д. - надеюсь, это самоочевидно.
import DataStructures: OrderedDict, merge
function spiral(loc::Int)
s = sqrt(loc-1) |> floor |> Int
if s % 2 == 0
s -= 1
end
s = (s+1)/2 |> Int
return s
end
function perimeter(n::Int)
n > 0 || return OrderedDict([1,[0,0]])
m = 2n + 1 # width/height of the spiral [square] indexed by n
# loc_max = m^2
# loc_min = (2n-1)^2 + 1
ra = [[m^2-(y+3m-3), [n,n-y]] for y in (m-2):-1:0]
la = [[m^2-(y+2m-2), [y-n,n]] for y in (m-2):-1:0]
ld = [[m^2-(y+m-1), [-n,y-n]] for y in (m-2):-1:0]
rd = [[m^2-y, [n-y,-n]] for y in (m-2):-1:0]
return OrderedDict(vcat(ra,la,ld,rd))
end
function walk(n)
cds = OrderedDict(1 => [0,0])
n > 0 || return cds
for i in 1:n
cds = merge(cds, perimeter(i))
end
return cds
end
Итак, для вашего первого примера, подключая m = 3 к уравнению, чтобы найти n, дает n = (5-1)/2 = 2, а walk(2) дает упорядоченный словарь местоположений в координатах, который вы можете превратить в просто массив координат, обратившись к словарь vals поле:
walk(2)
DataStructures.OrderedDict{Any,Any} with 25 entries:
1 => [0,0]
2 => [1,0]
3 => [1,1]
4 => [0,1]
⋮ => ⋮
[(co[1],co[2]) for co in walk(2).vals]
25-element Array{Tuple{Int64,Int64},1}:
(0,0)
(1,0)
⋮
(1,-2)
(2,-2)
Обратите внимание, что для некоторых функций [например. norm] может быть предпочтительнее оставить координаты в массивах, а не Tuple{Int,Int}, но здесь я меняю их на кортежи - (x,y) - запрашивается, используя понимание списка.
Контекст для "поддержки" неквадратичной матрицы не указан (обратите внимание, что это решение все еще вычисляет значения вне сетки), но если вы хотите отфильтровать только диапазон x на y ( здесь для x=5, y=3) после вычисления полной спирали, тогда intersect эта матрица относится к значениям из walk.
grid = [[x,y] for x in -2:2, y in -1:1]
5×3 Array{Array{Int64,1},2}:
[-2,-1] [-2,0] [-2,1]
⋮ ⋮ ⋮
[2,-1] [2,0] [2,1]
[(co[1],co[2]) for co in intersect(walk(2).vals, grid)]
15-element Array{Tuple{Int64,Int64},1}:
(0,0)
(1,0)
⋮
(-2,0)
(-2,-1)
Здесь решение в Python 3 для печати последовательных целых чисел по спирали по часовой стрелке и против часовой стрелки.
import math
def sp(n): # spiral clockwise
a=[[0 for x in range(n)] for y in range(n)]
last=1
for k in range(n//2+1):
for j in range(k,n-k):
a[k][j]=last
last+=1
for i in range(k+1,n-k):
a[i][j]=last
last+=1
for j in range(n-k-2,k-1,-1):
a[i][j]=last
last+=1
for i in range(n-k-2,k,-1):
a[i][j]=last
last+=1
s=int(math.log(n*n,10))+2 # compute size of cell for printing
form="{:"+str(s)+"}"
for i in range(n):
for j in range(n):
print(form.format(a[i][j]),end="")
print("")
sp(3)
# 1 2 3
# 8 9 4
# 7 6 5
sp(4)
# 1 2 3 4
# 12 13 14 5
# 11 16 15 6
# 10 9 8 7
def sp_cc(n): # counterclockwise
a=[[0 for x in range(n)] for y in range(n)]
last=1
for k in range(n//2+1):
for j in range(n-k-1,k-1,-1):
a[n-k-1][j]=last
last+=1
for i in range(n-k-2,k-1,-1):
a[i][j]=last
last+=1
for j in range(k+1,n-k):
a[i][j]=last
last+=1
for i in range(k+1,n-k-1):
a[i][j]=last
last+=1
s=int(math.log(n*n,10))+2 # compute size of cell for printing
form="{:"+str(s)+"}"
for i in range(n):
for j in range(n):
print(form.format(a[i][j]),end="")
print("")
sp_cc(5)
# 9 10 11 12 13
# 8 21 22 23 14
# 7 20 25 24 15
# 6 19 18 17 16
# 5 4 3 2 1
объяснение
Спираль состоит из концентрических квадратов, например квадрат 5х5 с вращением по часовой стрелке выглядит следующим образом:
5x5 3x3 1x1
>>>>>
^ v >>>
^ v + ^ v + >
^ v <<<
<<<<v
(>>>>> означает "перейти в 5 раз вправо" или увеличить индекс столбца в 5 раз, v означает уменьшить или увеличить индекс строки и т.д.)
Все квадраты одинаковы по своим размерам, я перебрал концентрические квадраты.
Для каждого квадрата в коде есть четыре цикла (по одному на каждую сторону), в каждом цикле мы увеличиваем или уменьшаем столбцы или индекс строки. Если i - индекс строки, а j - индекс столбца, то квадрат 5x5 можно построить следующим образом: - увеличивая j с 0 до 4 (5 раз) - увеличивая i с 1 до 4 (4 раза) - уменьшая j с 3 до 0 ( 4 раза) - декремент i от 3 до 1 (3 раза)
Для следующих квадратов (3x3 и 1x1) мы делаем то же самое, но смещаем начальный и конечный индексы соответствующим образом. Я использовал индекс k для каждого концентрического квадрата, есть n//2 + 1 концентрических квадратов.
Наконец, немного математики для красивой печати.
Чтобы распечатать индексы:
def spi_cc(n): # counter-clockwise
a=[[0 for x in range(n)] for y in range(n)]
ind=[]
last=n*n
for k in range(n//2+1):
for j in range(n-k-1,k-1,-1):
ind.append((n-k-1,j))
for i in range(n-k-2,k-1,-1):
ind.append((i,j))
for j in range(k+1,n-k):
ind.append((i,j))
for i in range(k+1,n-k-1):
ind.append((i,j))
print(ind)
spi_cc(5)
Это основано на вашем собственном решении, но мы можем умнее находить углы. Это облегчает просмотр того, как вы можете пропустить области вне, если M и N очень разные.
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 O (max (n, m) ^ 2), это O (nm + abs (nm) ^ 2), поскольку он 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
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;
}
Это мое очень плохое решение, сделанное из минимальных знаний Java. Здесь я должен разместить единицы на поле по спирали. Единицы не могут быть размещены над другими юнитами или на горах или в океане.
Быть ясным. Это нехорошее решение. Это очень плохое решение, добавленное для удовольствия других людей, чтобы смеяться 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);
}
Престижность любому, кто действительно может это прочитать
Бонусный вопрос: каково время работы этого "алгоритма"?: P
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
Недавно у меня была аналогичная задача, когда мне пришлось создать 2D-массив и использовать спиральный матричный алгоритм для сортировки и печати результатов. Этот код С# будет работать с массивом N, N 2D. Это многословие для ясности и, вероятно, может быть рефакторировано 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;
}
//Реализация PHP
function spiral($n) {
$r = intval((sqrt($n + 1) - 1) / 2) + 1;
// compute radius : inverse arithmetic sum of 8+16+24+...=
$p = (8 * $r * ($r - 1)) / 2;
// compute total point on radius -1 : arithmetic sum of 8+16+24+...
$en = $r * 2;
// points by face
$a = (1 + $n - $p) % ($r * 8);
// compute de position and shift it so the first is (-r,-r) but (-r+1,-r)
// so square can connect
$pos = array(0, 0, $r);
switch (intval($a / ($r * 2))) {
// find the face : 0 top, 1 right, 2, bottom, 3 left
case 0:
$pos[0] = $a - $r;
$pos[1] = -$r;
break;
case 1:
$pos[0] = $r;
$pos[1] = ($a % $en) - $r;
break;
case 2:
$pos[0] = $r - ($a % $en);
$pos[1] = $r;
break;
case 3:
$pos[0] = -$r;
$pos[1] = $r - ($a % $en);
break;
}
return $pos;
}
for ($i = 0; $i < 168; $i++) {
echo '<pre>';
print_r(spiral($i));
echo '</pre>';
}
Я сделал это с другом, который настраивает спираль на соотношение сторон холста на Javascript. Лучшее решение, которое я получил для пикселя эволюции изображения по пикселям, заполняя все изображение.
Надеюсь, это поможет кому-то.
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 над http://jsfiddle.net/hitbyatruck/c4Kd6/. Просто не забудьте изменить ширину и высоту холста на javascript vars и на атрибуты HTML.
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);
Версия С# также обрабатывает неквадратные размеры.
private static Point[] TraverseSpiral(int width, int height) {
int numElements = width * height + 1;
Point[] points = new Point[numElements];
int x = 0;
int y = 0;
int dx = 1;
int dy = 0;
int xLimit = width - 0;
int yLimit = height - 1;
int counter = 0;
int currentLength = 1;
while (counter < numElements) {
points[counter] = new Point(x, y);
x += dx;
y += dy;
currentLength++;
if (dx > 0) {
if (currentLength >= xLimit) {
dx = 0;
dy = 1;
xLimit--;
currentLength = 0;
}
} else if (dy > 0) {
if (currentLength >= yLimit) {
dx = -1;
dy = 0;
yLimit--;
currentLength = 0;
}
} else if (dx < 0) {
if (currentLength >= xLimit) {
dx = 0;
dy = -1;
xLimit--;
currentLength = 0;
}
} else if (dy < 0) {
if (currentLength >= yLimit) {
dx = 1;
dy = 0;
yLimit--;
currentLength = 0;
}
}
counter++;
}
Array.Reverse(points);
return points;
}
Я использую этот код, который я разработал для другой цели; речь идет о нахождении номера столбца "X", а номер строки "Y" элемента массива @спиральный индекс "индекс". Эта функция принимает ширину "w" и высоту "h" матрицы и требуемый "индекс". Конечно, эту функцию можно использовать для получения того же требуемого выхода. Я думаю, что это самый быстрый способ (поскольку он сканирует ячейки вместо сканирования).
rec BuildSpiralIndex(long w, long h, long index = -1)
{
long count = 0 , x = -1, y = -1, dir = 1, phase=0, pos = 0, length = 0, totallength = 0;
bool isVertical = false;
if(index>=(w*h)) return null;
do
{
isVertical = (count % 2) != 0;
length = (isVertical ? h : w) - count/2 - count%2 ;
totallength += length;
count++;
} while(totallength<index);
count--; w--; h--;
phase = (count / 4); pos = (count%4);
x = (pos > 1 ? phase : w - phase);
y = ((pos == 1 || pos == 2) ? h - phase : phase) + (1 * (pos == 3 ? 1 : 0));
dir = pos > 1 ? -1 : 1;
if (isVertical) y -= (totallength - index - 1) * dir;
else x -= (totallength - index -1) * dir;
return new rec { X = x, Y = y };
}
Цикл цикла Python по часовой стрелке с помощью Может ли Берк Гюдер ответить.
def spiral(X, Y):
x = y = 0
dx = 0
dy = 1
for i in range(max(X, Y)**2):
if (-X/2 < x <= X/2) and (-Y/2 < y <= Y/2):
print (x, y)
# DO STUFF...
if x == -y or (x < 0 and x == y) or (x > 0 and x-1 == y):
dx, dy = dy, -dx
x, y = x+dx, y+dy
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
Это мой подход к квадратной спирали в С#, я сделал это некоторое время назад, я просто подумал, что могу добавить его, так как он отличается от всех других, не лучшим, а просто другим способом, я уверен, что это может быть адаптированы для неквадратных тоже.
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", чтобы выйти 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);
}