【演算法】國慶加班,火鍋與Linq.AddRange的奇妙螺旋

来源:https://www.cnblogs.com/lan80/archive/2023/10/07/17744494.html
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Css實現瀏覽滾動條效果 前言 也是有大半個月沒有更新文章了,大部分時間都在玩,然後就是入職的事。今天就更新一個小知識,刷抖音的時候看到的,感覺還不錯。 屬性介紹 關鍵屬性animation-timeline:動畫名稱; 用於控制動畫的時間軸。它可以讓你在一個元素上同時播放多個動畫,控制它們的開始時 ...


在國慶假期的一個傍晚,小悅正在家中享受火鍋美食。她嘴裡咀嚼著鮮嫩的牛肉,臉上洋溢著滿足的微笑。突然,手機鈴聲響起,打破了這溫馨的氛圍。她拿起手機一看,是公司打來的電話。

“小悅,有個緊急的項目需要處理,你能來公司加一下班嗎?”電話那頭傳來領導焦急的聲音。

小悅頓時嘟起嘴,不太情願地離開了火鍋桌,踏上前往公司的路程。

一到公司,小悅就開始研究領導交給她的任務:處理一個關於小視頻螺旋排序演算法的問題。這個問題讓她感到有些棘手,但她知道沒有退縮的餘地。於是,她深吸了一口氣,開始認真地研究問題。

在圖像處理中,螺旋排序演算法是一個非常有用的工具。通過將圖像按照螺旋順序排列,可以更方便地對圖像進行處理和分析。例如,可以將圖像分成多個小塊進行特征提取、圖像壓縮等操作。小悅明白,要解決這個問題,首先需要理解螺旋排序演算法的原理。

她開始在紙上畫出圖像的分塊示意圖,嘗試尋找規律。經過一番推導和實踐,她逐漸掌握了螺旋排序演算法的核心思想。接著,她開始編寫代碼來實現這個演算法。

時間在悄然流逝,窗外的夜幕漸漸降臨。儘管勞累了一天,但小悅的心情卻漸漸變得愉悅起來。她在解決問題的過程中感受到了挑戰的樂趣和收穫的喜悅。當她最終完成代碼併成功運行出結果時,她的心中充滿了成就感。

“終於解決了!”小悅長出一口氣,臉上露出了滿意的微笑。她收拾好東西,準備離開公司。走出辦公室的那一刻,她抬頭看到夜空中繁星點點,心中不禁感慨萬分。這個國慶假期,或許沒有如願以償地休息和放鬆,但她卻在工作中取得了寶貴的進步。

回到家中,小悅繼續享受火鍋美食。她夾起一塊牛肉放進嘴裡,細細品味著它的鮮美。這個國慶假期,雖然沒有游山玩水的快樂,但她卻收穫了成長和充實。

小悅面臨的問題如下:給定一個n乘n二維數組,按照從最外層元素到中間元素的順序,排序,順時針移動,返回排序後的一維數組。

示例:

array = [[1,2,3],
         [4,5,6],
         [7,8,9]]
snail(array) #=> [1,2,3,6,9,8,7,4,5]
圖解:

 


演算法實現1:
 1 public static int[] Snail(int[][] array)
 2 {
 3     // 獲取數組的長度
 4     int l = array[0].Length;
 5     // 創建一個用於存儲排序後元素的數組
 6     int[] sorted = new int[l * l];
 7     // 遞歸調用 Snail 方法進行螺旋排序
 8     Snail(array, -1, 0, 1, 0, l, 0, sorted);
 9     // 返回排序後的數組
10     return sorted;
11 }
12 
13 public static void Snail(int[][] array, int x, int y, int dx, int dy, int l, int i, int[] sorted)
14 {
15     // 如果數組長度為 0,則直接返回
16     if (l == 0)
17         return;
18     // 迴圈遍歷當前層的元素
19     for (int j = 0; j < l; j++)
20     {
21         // 更新當前元素的坐標,並將其存儲到排序數組中
22         x += dx;
23         y += dy;
24         sorted[i++] = array[y][x];
25     }
26     // 遞歸調用 Snail 方法進行下一層的螺旋排序
27     Snail(array, x, y, -dy, dx, dy == 0 ? l - 1 : l, i, sorted);
28 }

假設我們有一個二維數組array,其中包含了3行3列的整數。數組的內容如下:

1 2 3
4 5 6
7 8 9

我們希望通過螺旋排序演算法將這個二維數組按照螺旋順序排列,並得到一個結果數組r,其中包含按照螺旋順序排列的元素。結果數組的內容如下:

1 2 3 6 9 8 7 4 5

我們將調用Test方法來測試螺旋排序演算法。在Test方法中,首先將二維數組array轉換為字元串,並將結果與預期的結果數組r進行比較。如果轉換後的字元串與預期結果字元串相等,則測試通過;否則,測試失敗。

接下來,讓我們詳細解釋一下螺旋排序演算法的運行過程:

  1. 首先,演算法會初始化一個空的結果數組snail,用於存儲按照螺旋順序排列的元素。

  2. 然後,演算法會定義四個變數:topbottomleftright,分別表示當前螺旋排序的上邊界、下邊界、左邊界和右邊界。初始時,top為0,bottom為2,left為0,right為2。

  3. 接著,演算法會進入一個迴圈,直到上邊界大於下邊界或左邊界大於右邊界為止。

  4. 在每一次迴圈中,演算法會按照螺旋順序遍曆數組的四條邊,並將遍歷到的元素添加到結果數組snail中。

  5. 首先,演算法會從左到右遍歷上邊界,並將遍歷到的元素添加到結果數組snail中。在這個測試用例中,遍歷到的元素為1 2 3

  6. 然後,演算法會將上邊界下移一行,即top++,此時上邊界變為1。

  7. 接著,演算法會從上到下遍歷右邊界,並將遍歷到的元素添加到結果數組snail中。在這個測試用例中,遍歷到的元素為6 9

  8. 然後,演算法會將右邊界左移一列,即right--,此時右邊界變為1。

  9. 接著,演算法會從右到左遍歷下邊界,並將遍歷到的元素添加到結果數組snail中。在這個測試用例中,遍歷到的元素為8 7

  10. 然後,演算法會將下邊界上移一行,即bottom--,此時下邊界變為1。

  11. 接著,演算法會從下到上遍歷左邊界,並將遍歷到的元素添加到結果數組snail中。在這個測試用例中,遍歷到的元素為4

  12. 最後,在這個測試用例中,演算法會發現左邊界大於右邊界,因此跳出迴圈。

  13. 最後,演算法會返回結果數組snail,其中包含按照螺旋順序排列的元素。在這個測試用例中,返回的結果數組為1 2 3 6 9 8 7 4 5

  14. Test方法中,我們將轉換後的結果數組與預期的結果數組進行比較。如果它們相等,則測試通過;否則,測試失敗。


演算法實現2:
 1     public static int[] Snail(int[][] grid)
 2     {
 3         var result = new List<int>();
 4 
 5         //通過grid.SelectMany(row => row).Any()判斷二維數組grid是否為空。如果為空,則直接返回空的結果數組。
 6         if (!grid.SelectMany(row => row).Any())
 7             return result.ToArray();
 8 
 9         //將二維數組的第一行添加到結果數組中
10         result.AddRange(grid.First());
11 
12         //將二維數組的最右一列(除去第一行)添加到結果數組中
13         result.AddRange(grid.Skip(1).Select(row => row.Last()));
14 
15        //將二維數組的最後一行(除去第一行和最後一個元素)逆序添加到結果數組中
16         result.AddRange(grid.Last().Reverse().Skip(1));
17 
18        //將二維數組的最左一列(除去第一行、最後一行和第一個元素)逆序添加到結果數組中
19         result.AddRange(grid.Skip(1).SkipLast(1).Select(row => row.First()).Reverse());
20 
21         var newGrid = grid
22                 .Skip(1)
23                 .SkipLast(1)
24                 .Select(row => row
25                     .Skip(1)
26                     .SkipLast(1)
27                     .ToArray())
28                 .ToArray();
29 
30        //通過遞歸調用Snail方法,將去掉了二維數組的第一行、最後一行、第一列和最後一列後的新二維數組傳入,並將返回的結果數組添加到當前的結果數組中
31         result.AddRange(Snail(newGrid));
32 
33         return result.ToArray();
34     }

這段代碼的邏輯與演算法1的功能相同,只是在創建新二維數組newGrid時,使用了鏈式調用的方式來去掉邊界元素。

AddRange 是一個常用在 LINQ 中的方法,通常在 List<T> 或 Dictionary<TKey, TValue> 等集合類型中使用。這個方法用於將另一個集合中的元素添加到當前集合中。

首先,代碼通過Skip(1)去掉了第一行,然後通過SkipLast(1)去掉了最後一行,接著通過Select(row => row.Skip(1).SkipLast(1).ToArray())去掉了每一行的第一個元素和最後一個元素,最後通過ToArray()將結果轉換為新的二維數組。這樣,遞歸調用Snail方法時傳入的新二維數組就是去掉了邊界的數組。


 假設我們有一個100x100像素的圖像,我們想要將其分成10x10個小塊進行特征提取或圖像壓縮。在沒有使用螺旋排序演算法之前,我們可以按照圖像的行優先順序將像素按順序分成小塊。這意味著我們首先將圖像的第一行的前10個像素作為第一個小塊,然後是第一行的下一個10個像素作為第二個小塊,依此類推,直到圖像的第10行。然後,我們繼續將圖像的第11行的前10個像素作為第11個小塊,以此類推,直到圖像的最後一行。

這種方法的問題是,它沒有考慮到圖像的局部結構。相鄰的像素在圖像中可能是相關的,而按行順序分塊可能會將相關的像素分散在不同的塊中。這可能導致特征提取或圖像壓縮的結果不夠準確或失真。

現在,如果我們使用螺旋排序演算法來分塊圖像,我們可以更好地保留圖像的局部結構。螺旋排序演算法按照螺旋順序遍歷圖像的像素,並將它們分成小塊。這意味著我們首先將圖像的中心像素作為第一個小塊,然後按照螺旋順序將相鄰的像素添加到下一個小塊,直到所有像素都被分到小塊中。

通過使用螺旋排序演算法,我們可以更好地保留圖像的局部結構,因為相鄰的像素通常在空間上也是相鄰的。這有助於提高特征提取或圖像壓縮的準確性和質量。

所以螺旋排序演算法在各個領域都有一定的應用價值,可以幫助提高數據處理和分析的效率,優化系統設計和佈局,以及改善數據的可視化效果:

  1. 圖像處理:在圖像處理中,螺旋排序演算法可以用於對圖像進行分塊處理。通過將圖像按照螺旋順序排列,可以更方便地對圖像進行處理和分析。例如,可以將圖像分成多個小塊進行特征提取、圖像壓縮等操作。

  2. 數據存儲和檢索:螺旋排序演算法可以用於對二維數組或矩陣進行存儲和檢索。通過按照螺旋順序對數據進行排序,可以提高數據的訪問效率。例如,在二維地圖導航系統中,可以將地圖數據按照螺旋順序進行存儲,以便快速檢索和顯示地圖信息。

  3. 數據可視化:螺旋排序演算法可以用於數據可視化,特別是對於二維數據的可視化。通過按照螺旋順序對數據進行排序,可以將數據按照一定的規律展示出來,更直觀地觀察數據的分佈和變化。例如,在熱力圖中,可以按照螺旋順序對溫度數據進行排序,以便更清晰地顯示溫度的變化趨勢。

  4. 電路佈局:在電路設計中,螺旋排序演算法可以用於電路佈局的優化。通過按照螺旋順序對電路元件進行排序,可以減少電路佈線的長度和複雜度,提高電路的性能和可靠性。


測試用例:
  1 using NUnit.Framework;
  2 using System;
  3 using System.Linq;
  4 public class SnailTest
  5 {
  6 
  7     private int[] Tsnail(int[][] array)
  8     {
  9         int[] sorted = new int[array.Length * array.Length];
 10         Tsnail(array, -1, 0, 1, 0, array.Length, 0, sorted);
 11         return sorted;
 12     }
 13 
 14     private void Tsnail(int[][] array, int x, int y, int dx, int dy, int l, int i, int[] sorted)
 15     {
 16         if (l == 0)
 17             return;
 18         for (int j = 0; j < l; j++)
 19         {
 20             x += dx;
 21             y += dy;
 22             sorted[i++] = array[y][x];
 23         }
 24         Tsnail(array, x, y, -dy, dx, dy == 0 ? l - 1 : l, i, sorted);
 25 
 26     }
 27 
 28     public string Int2dToString(int[][] a)
 29     {
 30         return $"[{string.Join("\n", a.Select(row => $"[{string.Join(",", row)}]"))}]";
 31     }
 32 
 33     public void Test(int[][] array, int[] result)
 34     {
 35         var text = $"{Int2dToString(array)}\nshould be sorted to\n[{string.Join(",", result)}]\n";
 36         Console.WriteLine(text);
 37         Assert.AreEqual(result, SnailSolution.Snail(array));
 38     }
 39 
 40     [Test]
 41     public void SnailTest1()
 42     {
 43         int[][] array =
 44         {
 45             new []{1, 2, 3},
 46             new []{4, 5, 6},
 47             new []{7, 8, 9}
 48         };
 49         var r = new[] { 1, 2, 3, 6, 9, 8, 7, 4, 5 };
 50         Test(array, r);
 51     }
 52 
 53     [Test]
 54     public void SnailTest2()
 55     {
 56         int[][] array =
 57         {
 58             new []{1, 2, 3, 9},
 59             new []{4, 5, 6, 4},
 60             new []{7, 8, 9, 1},
 61             new []{1, 2, 3, 4}
 62         };
 63         var r = new[] { 1, 2, 3, 9, 4, 1, 4, 3, 2, 1, 7, 4, 5, 6, 9, 8 };
 64         Test(array, r);
 65     }
 66 
 67     [Test]
 68     public void SnailTest2Empty()
 69     {
 70         int[][] a = { new int[] { } };
 71         Test(a, new int[0]);
 72     }
 73 
 74     [Test]
 75     public void SnailTestOne()
 76     {
 77         int[][] a = { new[] { 1 } };
 78         Test(a, new[] { 1 });
 79     }
 80 
 81 
 82     [Test]
 83     public void SnailRandomTest()
 84     {
 85         Console.WriteLine("Random Tests");
 86         Random rand = new Random();
 87         for (int n = 0; n < 100; n++)
 88         {
 89             var l = rand.Next(1, 31);
 90             var array = new int[l][];
 91             for (int i = 0; i < l; i++)
 92             {
 93                 array[i] = new int[l];
 94                 for (int j = 0; j < l; j++)
 95                     array[i][j] = rand.Next(1, 1001);
 96             }
 97             Test(array, Tsnail(array));
 98         }
 99     }
100 }

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