LeetCode-旋转数组

发布于 2020-08-19  433 次阅读


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。
要求使用空间复杂度为 O(1) 的 原地 算法。

方法 1:暴力

最简单的方法是旋转 k 次,每次将数组旋转 1 个元素。

Java

public class Solution {
    public void rotate(int[] nums, int k) {
        int temp, previous;
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            previous = nums[nums.length - 1];
            for (int j = 0; j < nums.length; j++) {
                temp = nums[j];
                nums[j] = previous;
                previous = temp;
            }
        }
    }
}

复杂度分析

时间复杂度:O(n∗k) 。每个元素都被移动 1 步(O(n)O(n)) k次(O(k)O(k)) 。
空间复杂度:O(1) 。没有额外空间被使用。

方法 2:使用额外的数组

我们可以用一个额外的数组来将每个元素放到正确的位置上,也就是原本数组里下标为 ii 的我们把它放到 (i+k)\%数组长度(i+k)%数组长度 的位置。然后把新的数组拷贝到原数组中。

Java

public class Solution {
    public void rotate(int[] nums, int k) {
        int[] a = new int[nums.length];
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            a[(i + k) % nums.length] = nums[i];
        }
        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            nums[i] = a[i];
        }
    }
}

复杂度分析

时间复杂度: O(n) 。将数字放到新的数组中需要一遍遍历,另一边来把新数组的元素拷贝回原数组。
空间复杂度: O(n)。另一个数组需要原数组长度的空间。

方法 3:使用环状替换

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

Java

public class Solution {
    public void rotate(int[] nums, int k) {
        k = k % nums.length;
        int count = 0;
        for (int start = 0; count < nums.length; start++) {
            int current = start;
            int prev = nums[start];
            do {
                int next = (current + k) % nums.length;
                int temp = nums[next];
                nums[next] = prev;
                prev = temp;
                current = next;
                count++;
            } while (start != current);
        }
    }
}

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。

方法 4:使用反转

这个方法基于这个事实:当我们旋转数组 k 次, k%n 个尾部元素会被移动到头部,剩下的元素会被向后移动。

在这个方法中,我们首先将所有元素反转。然后反转前 k 个元素,再反转后面 n−k 个元素,就能得到想要的结果。

假设 n=7且 k=3 。

原始数组                  : 1 2 3 4 5 6 7
反转所有数字后             : 7 6 5 4 3 2 1
反转前 k 个数字后          : 5 6 7 4 3 2 1
反转后 n-k 个数字后        : 5 6 7 1 2 3 4 --> 结果
public class Solution {
    public void rotate(int[] nums, int k) {
        k %= nums.length;
        reverse(nums, 0, nums.length - 1);
        reverse(nums, 0, k - 1);
        reverse(nums, k, nums.length - 1);
    }
    public void reverse(int[] nums, int start, int end) {
        while (start < end) {
            int temp = nums[start];
            nums[start] = nums[end];
            nums[end] = temp;
            start++;
            end--;
        }
    }
}

复杂度分析

时间复杂度:O(n) 。 nn 个元素被反转了总共 3 次。
空间复杂度:O(1) 。 没有使用额外的空间。