基础算法篇-旋转数组

基础算法篇

LeetCode刷题打卡第3天 2022.12.3

旋转数组

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题目描述

给你一个数组nums，将数组中的元素向右轮转 k 个位置，其中 k 是非负数。

• 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。
• 你可以使用空间复杂度为 O(1) 的 原地 算法解决这个问题吗？

输入示例

示例一

输入: nums = [1,2,3,4,5,6,7], k = 3
输出: [5,6,7,1,2,3,4]
解释:
向右轮转 1 步: [7,1,2,3,4,5,6]
向右轮转 2 步: [6,7,1,2,3,4,5]
向右轮转 3 步: [5,6,7,1,2,3,4]

示例二

输入：nums = [-1,-100,3,99], k = 2
输出：[3,99,-1,-100]
解释: 
向右轮转 1 步: [99,-1,-100,3]
向右轮转 2 步: [3,99,-1,-100]

数据范围

• 1 <= nums.length <= 10⁵
• -2³¹ <= nums[i] <= 2³¹ - 1
• 0 <= k <= 10⁵

解题思路

思路一 使用额外数组辅助

创建辅助数组tempArray，循环原数组nums的长度len = nums.length 次，将原数组 nums[(i + k) % len] 的值赋给tempArray[i]，完成后，再将tempArray数组的值依次赋给nums。

Java代码实现

class Solution1 {
    //使用额外数组
    public void rotate(int[] nums, int k) {
        int len = nums.length;
        k = k % len;
        if (len <=1 || k <= 0){
            return;
        }
        int[] tempArray = new int[len];
        int tempi;
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            tempi = (i + k) % len;
            tempArray[tempi] = nums[i];
        }
        for (int i = 0; i < nums.length; i++){
            nums[i] = tempArray[i];
        }
    }
}

思路二 环状替换

举例如下：

nums = [1,2,3,4,5,6]
k = 2

每单圈替换过程：用start表示第一个数的下标，用current表示当前正要发生替换数的下标，currentNum表示正要用于替换的数，next表示将要被替换的数的下标，nextNum表示将要被替换的数的副本，对于图中：start = 0，current = 0，currentNum = 1， next = 2，nextNum = 3。本次替换过程如下:

每圈替换当再一次current == start 时，本圈结束，下一圈的start++，最终当替换次数cout >= len 时结束。

Java实现代码

class Solution {
    // 环状替换
    public void rotate(int[] nums, int k) {
        int len = nums.length;
        k = k % len;
        if (len <=1 || k <= 0){
            return;
        }
        int cout = 0;
        int start = -1;
        while (cout < len) {
            start++;
            int current = start;
            int currentNum = nums[current];
            int nextNum = nums[(current + k) % len];
            do {
                int next = (current + k) % len;
                nums[next] = currentNum;
                currentNum = nextNum;
                nextNum = nums[(next + k) % len];
                current = next;
                cout++;
            } while (current != start);
        }
    }
}

思路三 数组翻转

1. 先全部反转，将元素提到最前面
2. 反转前半部分（k 到 len-1）
3. 反转后半部分（0 到 k-1）
   然后返回结果

借用LeetCode美服dalao的形象解释 原链接：

nums = "----->-->"; k =3
result = "-->----->";

reverse "----->-->" we can get "<--<-----"
reverse "<--" we can get "--><-----"
reverse "<-----" we can get "-->----->"
this visualization help me figure it out :)

Java代码实现

class Solution {
    // 数组翻转
    public void rotate(int[] nums, int k) {
        int len = nums.length;
        k = k % len;
        if (len <=1 || k <= 0){
            return;
        }
        int temp;
        for (int i = 0; i < len/2; i++) {
            mySwap(nums, i, len - 1 - i);
        }
        for (int i = 0; i < k/2; i++) {
            mySwap(nums, i, k - 1 - i);
        }
        for (int i = 0; i < (len - k) / 2; i++) {
            mySwap(nums, k+i, len - 1 - i);
        }
    }
    private void mySwap(int[] nums, int i, int j) {
        int temp = nums[j];
        nums[j] = nums[i];
        nums[i] = temp;
    }
}