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螺旋队列算法分析

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楼主
ID:77367 发表于 2015-4-18 20:18 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式


问题描述:
设1的坐标是(0,0),x方向向右为正,y方向向下为正,例如,7的坐标为(-1,-1),2的坐标为(1,0)。编程实现输入任意一点坐标(x,y),输出所对应的数字!


问题解决:
规律能看出来,问题就在于如何利用它。很明显这个队列是顺时针螺旋向外扩展的,我们可以把它看成一层一层往外延伸。第 0 层规定为中间的那个 1,第 1 层为 2 到 9,第 2 层为 10 到 25,注意到 1、9、25、……不就是平方数吗?而且是连续奇数(1、3、5、……)的平方数。这些数还跟层数相关,推算一下就可以知道第 t 层之内一共有 (2t-1)^2 个数,因而第 t 层会从 [(2t-1)^2] + 1 开始继续往外螺旋。给定坐标 (x,y),如何知道该点处于第几层?层数 t = max(|x|,|y|)。

  知道了层数,接下来就好办多了,这时我们就知道所求的那点一定在第 t 层这个圈上,顺着往下数就是了。要注意的就是螺旋队列数值增长方向和坐标轴正方向并不一定相同。我们可以分成四种情况——上、下、左、右——或者——东、南、西、北,分别处于四条边上来分析。

  东|右:x == t,队列增长方向和 y 轴一致,正东方向(y = 0)数值为 (2t-1)^2 + t,所以 v = (2t-1)^2 + t + y

  南|下:y == t,队列增长方向和 x 轴相反,正南方向(x = 0)数值为 (2t-1)^2 + 3t,所以 v = (2t-1)^2 + 3t - x

  西|左:x == -t,队列增长方向和 y 轴相反,正西方向(y = 0)数值为 (2t-1)^2 + 5t,所以 v = (2t-1)^2 + 5t - y

  北|上:y == -t,队列增长方向和 x 轴一致,正北方向(x = 0)数值为 (2t-1)^2 + 7t,所以 v = (2t-1)^2 + 7t + x

  其实还有一点很重要,不然会有问题。其它三条边都还好,但是在东边(右边)那条线上,队列增加不完全符合公式!注意到东北角(右上角)是本层的最后一个数,再往下却是本层的第一个数,那当然不满足东线公式啊。所以我们把东线的判断放在最后(其实只需要放在北线之后就可以),这样一来,东北角那点始终会被认为是北线上的点。

下面给出第 t 层的图示说明:



//螺旋队列问题

#include <iostream>
using namespace std;

#define max(a,b) ((a)>(b) ? (a) : (b))
#define abs(a) ((a)>0 ? (a) : -(a))
#define square(a) ((a)*(a))

//输入坐标,输出对应的数字
int Spiral_Queue(int x, int y){
        int val;                                        //该坐标对应的数值
        int t = max(abs(x),abs(y));        //该坐标所在的层数
        if(y == -t)                                        //北边(北边的判断分支要先于东边,这是为了东北角最大值考虑的)
                val = square(2*t-1)+7*t+x;
        else if(y == t)                                //南边
                val = square(2*t-1)+3*t-x;
        else if(x == -t)                        //西边
                val = square(2*t-1)+5*t-y;
        else if(x == t)                                //东边
                val = square(2*t-1)+t+y;
        return val;
}








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