LeetCode对角线遍历

本文解析了一段用C++实现的LeetCode题目,讲解如何通过双指针法遍历二维矩阵,按对角线顺序获取元素并存储在结果向量中。适合学习和理解矩阵操作和迭代算法。

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本题参考LeetCode部分代码,标注自己的理解完成以方便自己今后查看。

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
vector<int> findDiagonalOrder(vector<vector<int> >& matrix) {

	vector<int> nums;
	int m = matrix.size();
	int n = matrix[0].size();
	int i = 0;	// i 是 x + y 的和
	while (i < m + n-1)
	{
		// 第 1 3 5 ... 趟
		int x1 = (i < m) ? i : m - 1;	//x从大到小,x尽量取大,x最大为i或m-1 
		int y1 = i - x1;
		while (x1 >= 0 && y1 < n)
		{
			nums.push_back(matrix[x1][y1]);
			// cout<<"x1="<<x1<<"y1="<<y1<<endl;
			x1--;
			y1++;
		}
		i++;
		// cout<<"第"<<i<<"趟"<<endl; 
		if (i >= m + n-1) break;
		// 第 2 4 6 ... 趟
		int y2 = (i < n) ? i : n - 1;	//x从小到大,y尽量取大,y最大为i或n-1 
		int x2 = i - y2;
		while (y2 >= 0 && x2 < m)
		{
			nums.push_back(matrix[x2][y2]);
			// cout<<"x2="<<x2<<"y2="<<y2<<endl;
			x2++;
			y2--;
		}
		i++;
		// cout<<"第"<<i<<"趟"<<endl; 
	}
	return nums;
    
}

int main(){
	vector<int> a1;
	for(int i=1;i<=3;i++){
		a1.push_back(i);
	}
	vector<int> a2;
	for(int i=4;i<=6;i++){
		a2.push_back(i);
	}
	vector<int> a3;
	for(int i=7;i<=9;i++){
		a3.push_back(i);
	}
	vector<vector<int> > v;
	v.push_back(a1);
	v.push_back(a2);
	v.push_back(a3);

//	vector<vector<int> > v = {{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9}};
	vector<int> c = findDiagonalOrder(v);
	vector<int>::iterator it= c.begin();
	for(int i=0;i<c.size();i++){
		cout<<*(it+i)<<" ";
	}
	return 0;
}

### 对角遍历算法的实现 对角遍历是一种特殊的矩阵遍历方式,它沿着矩阵的对角线方向依次访问所有元素。这种遍历方式可以应用于多种场景,比如数据压缩、图像处理以及特定的数据结构操作。 #### 1. 基本思路 对角遍历的核心在于理解如何定义每一条对角线的方向及其索引关系。对于一个 `m x n` 的矩阵,可以通过以下两种主要策略来实现: - **正向对角线**:从左下到右上的路径。 - **反向对角线**:从右上到左下的路径。 为了统一这两种情况,通常会交替改变遍历方向,在每次切换时调整起始位置和结束条件。 --- #### 2. 算法描述 以下是基于 Python 的一种常见实现方法,其中利用了双层循环控制每一行和每一列的关系,并通过列表存储最终的结果。 ```python def findDiagonalOrder(matrix): if not matrix or not matrix[0]: return [] m, n = len(matrix), len(matrix[0]) # 获取矩阵维度 result = [] # 存储结果 direction = 1 # 方向标志位 (1 表示向上,-1 表示向下) for k in range(m + n - 1): # 总共有 m+n-1 条对角线 intermediate = [] if direction == 1: # 向上遍历时 i = min(k, m - 1) # 起点行号 j = k - i # 起点列号 while i >= 0 and j < n: intermediate.append(matrix[i][j]) i -= 1 j += 1 else: # 向下遍历时 j = min(k, n - 1) # 起点列号 i = k - j # 起点行号 while j >= 0 and i < m: intermediate.append(matrix[i][j]) i += 1 j -= 1 if direction == 1: result.extend(intermediate[::-1]) # 反转后再加入结果集 else: result.extend(intermediate) direction *= -1 # 切换方向 return result ``` 上述代码实现了 LeetCode 上经典的对角线遍历问题[^1]。它的核心逻辑是对每条对角线分别进行上下两个方向的扫描,并根据当前方向决定是否反转中间结果。 --- #### 3. 时间复杂度与空间复杂度 - **时间复杂度**: O(m * n),因为每个元素恰好被访问一次。 - **空间复杂度**: O(1)(不考虑返回值的空间开销),因为我们仅使用常量额外变量完成计算。 如果需要进一步优化性能或者支持更大的输入规模,则可以采用更高效的方法,例如优先级队列或分治思想[^3]。 --- #### 4. C语言中的实现 在C语言中也可以实现类似的对角线遍历功能。下面是一个简单的例子: ```c #include <stdio.h> #define MAX_SIZE 100 void diagonalTraverse(int mat[][MAX_SIZE], int rows, int cols){ int dir = 1; // 初始化方向为向上 for(int sum=0;sum<=rows+cols-2;sum++){ if(dir==1){ // 如果方向是向上 for(int i=(dir*(sum<rows?sum:(2*rows-sum-2)));i>=0 && ((sum-i)<cols);i--){ printf("%d ",mat[i][sum-i]); } }else{ // 如果方向是向下 for(int i=((!dir)*(sum<rows?sum:(2*rows-sum-2)));i<rows && ((sum-i)>=0 && (sum-i)<cols);i++){ printf("%d ",mat[i][sum-i]); } } dir=!dir; } } int main(){ int mat[MAX_SIZE][MAX_SIZE]; int r,c,i,j; scanf("%d %d",&r,&c); for(i=0;i<r;i++)for(j=0;j<c;j++)scanf("%d",&mat[i][j]); diagonalTraverse(mat,r,c); return 0; } ``` 此程序读取用户输入的一个二维数组并打印出其沿对角线排列的内容[^2]。 --- #### 5. 扩展应用 除了基本的对角线遍历外,还可以结合其他高级技术提升效率。例如,当面对稀疏矩阵时,可借助哈希表记录非零元的位置;而在大规模网格环境中寻找最短路径时,则推荐使用改进版 BFS 或 A* 等图论算法替代传统逐一对角线枚举方案[^4]。 ---
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