189. 旋转数组

这篇博客探讨了如何在LeetCode的‘旋转数组’问题中,使用两种不同方法实现原地旋转数组。第一种方法通过三次翻转实现空间复杂度为O(1)的解决方案,第二种方法则利用新数组达到旋转目的,但空间复杂度为O(n)。这两种方法都详细解释了其工作原理和代码实现。

题目描述:

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。

进阶:

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?

来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/rotate-array
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解题分析:

空间复杂度为O(1):
1.翻转所有元素
2.翻转 [0, k mod n−1] 区间的元素
3.翻转 [k mod n−1,nums.size()-1] 区间的元素

class Solution {
public:
    void rotate(vector<int>& nums, int k) {
        if(nums.size()<=1)
            return ;
        if(k>nums.size())
            k=k%nums.size();
        reverse(nums, 0, nums.size()-1);
        reverse(nums, 0, k-1);
        reverse(nums, k, nums.size()-1);
        return ;
    }

    void reverse(vector<int>& nums, int start, int end){
        while(start<end){
            int temp=nums[start];
            nums[start]=nums[end];
            nums[end]=temp;
            start++;
            end--;
        }
        return ;
    }
};

空间复杂度为O(n):
将原数组下标为 ii 的元素放至新数组下标为 (i+k) mod n 的位置

class Solution {
public:
    void rotate(vector<int>& nums, int k) {
        int n = nums.size();
        vector<int> newArr(n);
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            newArr[(i + k) % n] = nums[i];
        }
        nums.assign(newArr.begin(), newArr.end());
    }
};
### 使用额外数组空间实现轮转 为了实现轮转数组,在 C++ 中可以创建一个新的临时数组 `help_nums` 来保存旋转后的元素位置。遍历原始数组并将每个元素放置到新数组中的正确位置上,最后再将这个新的数组赋值给原来的数组。 ```cpp class Solution { public: void rotate(std::vector<int>& nums, int k) { int n = nums.size(); std::vector<int> help_nums(n); for(int i = 0; i < n; ++i){ help_nums[(i + k) % n] = nums[i]; } nums.assign(help_nums.begin(), help_nums.end()); } }; ``` 这种方法虽然直观易懂,但是它并不是一种原地操作的方式,因为需要额外的空间来存储中间结果[^1]。 ### 原地反转法实现轮转 另一种更高效的解决方案是采用反转的方法来进行轮转,这可以在不使用任何额外内存的情况下完成。具体做法如下: - 首先对整个数组进行一次完全反转; - 接着分别对前 `k` 个元素以及剩余部分再次执行局部反转; 通过这种方式能够达到相同的效果而不需要开辟额外的辅助空间。 ```cpp class Solution { public: void reverse(std::vector<int>& nums, int start, int end) { while(start < end){ std::swap(nums[start], nums[end]); start++; end--; } } void rotate(std::vector<int>& nums, int k) { if (nums.empty()) return; k %= nums.size(); reverse(nums, 0, nums.size() - 1); reverse(nums, 0, k - 1); reverse(nums, k, nums.size() - 1); } }; ``` 此方法的时间复杂度为 O(n),其中 n 是数组长度,并且只需要常数级别的额外空间开销,即空间复杂度为 O(1)[^3]。
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