數組循環右移


設計一個算法,把一個含有N個元素的數組循環右移K位,要求時間復雜度為ON),且只允許使用兩個附加變量。

不合題意的解法如下:

我們先試驗簡單的辦法,可以每次將數組中的元素右移一位,循環K次。abcd1234→4abcd123→34abcd12→234abcd1→1234abcd。偽代碼如下:

代碼清單2-33

 

 

RightShift(int* arr, int N, int K)

{

    while(K--)

    {

        int t = arr[N - 1];

        for(int i = N - 1; i > 0; i --)

            arr[i] = arr[i - 1];

        arr[0] = t;

    }

}

雖然這個算法可以實現數組的循環右移,但是算法復雜度為ON),不符合題目的要求,需要繼續往下探索。

 

分析與解法

假如數組為abcd1234,循環右移4位的話,我們希望到達的狀態是1234abcd。不妨設K是一個非負的整數,當K為負整數的時候,右移K位,相當於左移(-K)位。左移和右移在本質上是一樣的。

【解法一】

大家開始可能會有這樣的潛在假設,K<N。事實上,很多時候也的確是這樣的。但嚴格地說,我們不能用這樣的“慣性思維”來思考問題。尤其在編程的時候,全面地考慮問題是很重要的,K可能是一個遠大於N的整數,在這個時候,上面的解法是需要改進的。

仔細觀察循環右移的特點,不難發現:每個元素右移N位后都會回到自己的位置上。因此,如果K > N,右移K-N之后的數組序列跟右移K位的結果是一樣的。進而可得出一條通用的規律:右移K位之后的情形,跟右移K’= K % N位之后的情形一樣。

代碼清單2-34

RightShift(int* arr, int N, int K)

{

    K %= N;

    while(K--)

    {

        int t = arr[N - 1];

        for(int i = N - 1; i > 0; i --)

            arr[i] = arr[i - 1];

        arr[0] = t;

    }

}

可見,增加考慮循環右移的特點之后,算法復雜度降為ON),這跟K無關,與題目的要求又接近了一步。但時間復雜度還不夠低,接下來讓我們繼續挖掘循環右移前后,數組之間的關聯。

【解法二】

假設原數組序列為abcd1234,要求變換成的數組序列為1234abcd,即循環右移了4位。比較之后,不難看出,其中有兩段的順序是不變的:1234和abcd,可把這兩段看成兩個整體。右移K位的過程就是把數組的兩部分交換一下。變換的過程通過以下步驟完成:

1.   逆序排列abcdabcd1234 → dcba1234;

2.   逆序排列1234:dcba1234 → dcba4321;

3.   全部逆序:dcba4321 → 1234abcd

偽代碼可以參考如下:

代碼清單2-35

Reverse(int* arr, int b, int e)

{

    for(; b < e; b++, e--)

    {

        int temp = arr[e];

        arr[e] = arr[b];

        arr[b] = temp;

    }

}

RightShift(int* arr, int N, int k)

{

    K %= N;

    Reverse(arr, 0, N – K - 1);

    Reverse(arr, N - K, N - 1);

    Reverse(arr, 0, N - 1);

}

這樣,我們就可以在線性時間內實現右移操作了。

 


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