每日一道算法:旋转数组

题目:给定一个数组,将数组中的元素向右移动 k 个位置,其中 k 是非负数。

示例1:
输入: [1,2,3,4,5,6,7] 和 k = 3
输出: [5,6,7,1,2,3,4]
解释:
向右旋转 1 步: [7,1,2,3,4,5,6]
向右旋转 2 步: [6,7,1,2,3,4,5]
向右旋转 3 步: [5,6,7,1,2,3,4]

示例2:
输入: [-1,-100,3,99] 和 k = 2
输出: [3,99,-1,-100]
解释:
向右旋转 1 步: [99,-1,-100,3]
向右旋转 2 步: [3,99,-1,-100]

说明:

尽可能想出更多的解决方案,至少有三种不同的方法可以解决这个问题。
尽量使用空间复杂度为 O(1) 的 原地 算法。

解法一:暴力法

思路分析:

遍历两次,先旋转k次,每次将数组旋转一个元素(将数组中每个元素和最后一个元素值进行交换)

PHP代码实现:

/**
 * @param Integer[] $nums
 * @param Integer $k
 * @return NULL
 */
function rotate(&$nums, $k) {
    for($i=0;$i<$k;$i++){
        $last = $nums[count($nums)-1];
        for($j=0;$j<count($nums);$j++){
            $temp = $nums[$j];
            $nums[$j] = $last;
            $last = $temp;
        }
    }
    return $nums;
}
使用:
$nums = [1,2,3,4,5,6,7,10];
$k = 3;
var_dump(rotate($nums,$k));

复杂度分析:

时间复杂度: O(k*n)
每个元素都被移动1步:O(n),k次:O(k)
空间复杂度: O(1)
没有额外空间被使用
当数组长度大一点时,很容易超出时间限制,明显是一个很粗暴的解决方法

解法二:反转法

思路分析:

当我们旋转k次后,k%n个尾部元素会移动到数组前头,剩余的元素被往后移动
首先将所有数组反转,接着再把前k个元素反转,最后再反转后n-k个元素
假设 nums = [1,2,3,4,5,6,7] n=7 且 k=3
反转所有元素:[7,6,5,4,3,2,1]
反转前k个元素:[5,6,7,4,3,2,1]
反转后n-k个元素:[5,6,7,1,2,3,4] 此时即为结果

PHP代码实现:

/**
 * @param Integer[] $nums
 * @param Integer $k
 * @return NULL
 */
function rotate(&$nums, $k) {
    $k %=count($nums);
    $nums = reverse($nums,0,count($nums)-1);
    $nums = reverse($nums,0,$k-1);
    $nums = reverse($nums,$k,count($nums)-1);
    return $nums;
}
/**
 * @param $nums
 * @param $start
 * @param $end
 * @return mixed
 */
function reverse($nums,$start,$end){
    while($start<$end){
        $temp = $nums[$start];
        $nums[$start] = $nums[$end];
        $nums[$end] = $temp;
        $start++;
        $end--;
    }
    return $nums;
}

复杂度分析:

时间复杂度: O(n)
n个元素被反转了3次,即3*O(n),还是O(n)
空间复杂度:O(1)
没有额外空间被使用

解法三:环状替换

思路分析:

 把数组当成环形的,把每个元素放到其后k个位置
 比如[1,2,3,4,5,6,7,8],k=2
 可以把这8个元素依次放在一个八边形的各个顶点,从元素为1的顶点开始依次往前移动2个位置,最后的数组[7,8,1,2,3,4,5,6]即为结果

每日一道算法:旋转数组

PHP代码实现:

/**
 * @param Integer[] $nums
 * @param Integer $k
 * @return NULL
 */
function rotate(&$nums, $k) {
    $k = $k%count($nums);
    $count = 0;
    for($start=0;$count<count($nums);$start++){
        $current = $start;//当前位置的指针
        $prev = $nums[$start];
        do {
            $next = ($current+$k)%count($nums);
            $temp = $nums[$next];
            $nums[$next] = $prev;
            $prev = $temp;
            $current = $next;
            $count++;//控制循环的次数
        } while($start != $current);//开始位置和当前位置不同一个位置才进行元素移动
    }
    return $nums;
}

复杂度分析:

时间复杂度:O(n)
只遍历了每个元素一次
空间复杂度:O(1)
使用了常数个额外空间

解法四:循环遍历(k次)+哈希函数

思路分析:

先截取出前n-k个元素到一个新数组,循环遍历k次(从最后一个元素倒序遍历),把每次循环的指针位置对应的元素插到新数组前边

PHP代码实现:

/**
 * @param Integer[] $nums
 * @param Integer $k
 * @return NULL
 */
function rotate(&$nums, $k) {
    $start = count($nums)-$k;
    $res = array_slice($nums,0,$start);
    for($i=count($nums)-1;$i>=$start;$i--){
        array_unshift($res,$nums[$i]);
    }
    return $res;
}

复杂度分析:

时间复杂度: O(n),其中n为k
只遍历了k次
空间复杂度: O(n)
使用了新数组空间

解法五:哈希函数

思路分析:

先截取出前n-k个元素到一个新数组,再截取后k个元素到另外一个新数组,最后倒序合并这两个数组即可

PHP代码实现:

/**
 * @param Integer[] $nums
 * @param Integer $k
 * @return NULL
 */
function rotate(&$nums, $k) {
    $res_start = array_slice($nums,0,count($nums)-$k);
    $res_end   = array_slice($nums,count($nums)-$k,$k);
    return array_merge($res_end,$res_start);
}

复杂度分析:

时间复杂度:O(n)
空间复杂度: O(n)
使用了新数组空间

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题目来源

力扣(LeetCode):https://leetcode-cn.com/problems/rotate-ar...

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