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“蛇形”方陣的構造

2022-11-22 07:09:55 後端開發

        撰寫一個程式,將自然數1~n2“蛇形”填入n×n矩陣中,例如,當n=5時,構造的方陣如下,

      

    (1)編程思路1,

        分析數的填法,是按“從右上到左下”的”蛇形”或“從左下到右上”的”蛇形”,沿平行于副對角線的各條對角線上,將自然數從小到大填寫,

        設用(i,j)表示矩陣元素的坐標,初始時,i=0,j=0,

        先從右上到左下填數,當從右上到左下時,坐標i增加(i++),坐標j減小(j--),當j減到小于0(副對角線及以上部分從右上到左下填寫時),或i加到大于n-1(副對角線以下部分從右上到左下填寫時)時結束,然后調整坐標(i,j),調整方法為:當在副對角線及以上時(此時j<0且i<n),j=0;當過副對角線后(此時i>n-1),i=n-1,j=j+2,調整坐標后,再開始從左下向右上填數,

        當從左下到右上時,坐標i減小(i--),坐標j增加(j++),當i減到小于0(副對角線及以上部分從左下到右上填寫時),或j加到大于n-1(副對角線以下部分從左下到右上填寫時)時結束,然后調整坐標(i,j),調整方法為:當在副對角線及以上時(此時i<0且j<n),i=0;當過副對角線后(此時j>n-1),i=i+2,j=n-1,調整坐標后,又開始從右上向左下填數,

        如此回圈,直到n*n個數填完為止,

        (2)源程式1,

#include <stdio.h>
#define  N  19
int main()
{
    int a[N][N];
    int n,i=0,j=0,k=1;            // i,j是矩陣元素的下標,k是要填入的自然數
    scanf("%d",&n);
    while(i<n && j<n)
    {
        while(i<n && j>-1)       // 從右上向左下填數
        { a[i][j]=k++; i++ ;j--; }
        if ((j<0)&&(i<n)) j=0;  // 副對角線及以上部分的新i,j坐標
        else {j=j+2; i=n-1;}    // 副對角線以下的新的i,j坐標.
        while(i>-1 && j<n)      // 從左下向右上
        { a[i][j]=k++; i--; j++; }
        if(i<0 && j<n) i=0;
        else{i=i+2; j=n-1;}
    }
    for (i=0;i<n;i++)
    {
        for (j=0;j<n;j++)
            printf("%4d",a[i][j]);
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

        (3)編程思路2, 

        n×n矩陣有2*n-1條平行于副對角線的對角線(下面簡稱為斜線),例如,n=5時,有9條斜線,可將這9條斜線按從上到下用編號k依次標記為1~9,K=5時為副對角線,k<5時,斜線位于副對角線上面,

        由題目給出的5×5方陣結果知,該方陣有9條斜線,第1條斜線上填寫1個數,第2條斜線上填寫2個數,…,第5條斜線上填寫5個數,第6條斜線上填寫4個數,…,第9條斜線上填寫1個數,

        設第k條斜線上需要填寫的數字個數為q,顯然有

        當k<=n時,q=k;  當k>n時,q=2*n-k,

        設用(i,j)表示矩陣元素的坐標,1≤i≤n,1≤j≤n,

        第k條斜線上的坐標(i,j)一定滿足等式: i+j=k+1

        例如,第3條斜線上的3個元素的坐標從右上到左下依次為 (1,3)、(2,2)、(3,1),滿足i+j=k+1=4,同時,可以看出,第3條斜線上的元素坐標i從1到3,

        再如,第4條斜線上的4個元素的坐標從左下到右上依次為 (4,1)、(3,2)、(2,3)、(1,4),滿足i+j=k+1=5,同時,可以看出,第4條斜線上的元素坐標j從1到4,

        由此,可找出第k條斜線上填寫的q個元素中的第p個元素的坐標(i,j)與k、p、q的關系,

        當k為奇數時,斜線上的數字從右上到左下填寫,i=p,j=q+1-p;

        當k為偶數時,斜線上的數字從左下到右上填寫,i=q+1-j,j=p,

        但當k>n時,此時斜線在副對角線的下方,需要對坐標再修正一下,

        例如,第6條斜線上的4個元素的坐標從左下到右上依次為 (5,2)、(4,3)、(3,4)、(2,5),同樣滿足i+j=k+1=7,但是,第6條斜線上的元素坐標j從2到5,i從5遞減到2,而按上面的關系計算出的第6條斜線上的元素坐標j從1到4,i從4遞減到1,此時,只需要將計算出的坐標i和j的值均加上1(也即n-q)即可,

        同樣,考察第7條斜線上的3個元素的坐標從右上到左下依次為 (3,5)、(4,4)、(5,3),同樣滿足i+j=k+1=8,但是,第7條斜線上的元素坐標i從3到5,j從5遞減到3,而按上面的關系計算出的第7條斜線上的元素坐標i從1到3,j從3遞減到1,此時,只需要將計算出的坐標i和j的值均加上2(也即n-q)即可,

        計算出了每條斜線上應該填寫的每個元素的坐標,在該坐標位置填上相應的數字,采用回圈將這2*n-1條斜線上均填寫上數字,則“蛇形”方陣就可以構造完成,

        (4)源程式2,

#include <stdio.h>
#define  N  20
int main()
{
    int a[N][N];
    int n,i,j,k=1,m,p,q;
    scanf("%d",&n);
    m=1;                  // m是要填入的自然數
    for (k=1;k<2*n; k++)  // 第k條平行與副對角線的對角線
    {
       if (k<n) q=k;      // q是第k條對角線上填寫數字的個數
       else  q=2*n-k;
       for (p=1;p<=q;p++)
       {
           if (k%2) { i=p; j=q+1-p;}
           else  { i=q+1-p; j=p; }
           if (k>n) { i=i+n-q;  j=j+n-q; }
           a[i][j]=m++;
       }
    }
    for (i=1;i<=n;i++)
    {
        for (j=1;j<=n;j++)
            printf("%4d",a[i][j]);
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

         (5)編程思路3, 

        觀察圖1所示的蛇形陣可知,方陣在逐個填數構造的程序中,是沿兩種斜線進行的,一種是右上到左下(斜向下),一種是“左下到右上”(斜向上),     

      

                                                        圖1 蛇形方陣的構造示意圖

        設當前已填入數字的位置坐標為(i,j),i和j均在0~n-1之間,若按斜向下填寫,則下一位置為row++、col-- ;若按斜向上填寫,則下一位置為row--、col++,由于下一位置可能超出方陣的邊界,因此有時需要調整,調整有4種情況,下面分別進行說明,

        斜向上填寫時,會出現兩種情況:

        (1)超過了首行的位置(即i==-1),如圖1(a)所示,3填寫好后,下一個數4的計算位置越界了,此時進行調整,方法為i++,

        (2)超過最右列的位置(即j==n),如圖1(b)所示,19填寫好后,下一個數20的計算位置越界了,此時進行調整,方法為i+=2、j--,

        一種特例,在如圖1(c)所示的4階方陣中,10填寫好后,下一個數11的計算位置,行和列都越界了,其處理方法同列越界,因此在程式中應先處理j==n的情況,再處理i==-1的情況,這樣對于這種特例,由于處理了j==n后,i加了2,不會越界,因此不會再處理i==-1的情況,

        斜向下填寫時,也會出現兩種情況:

        (1)超過最左列的位置(即j==-1),如圖1(d)所示,6填寫好后,下一個數7的計算位置越界了,此時進行調整,方法為j++,

        (2)超過了底行的位置(即 i==n),如圖1(e)所示,22填寫好后,下一個數23的計算位置越界了,此時進行調整,方法為 i--,j+=2,

        一種特例,15填寫好后,下一個數16的計算位置,行和列都越界了,但處理方法同行越界,因此在程式中應先處理i==n的情況,再處理j==-1的情況,這樣對于這種特例,由于處理了i==n后,j加了2,不會越界,因此不會再處理j==-1的情況,

        每次進行越界調整填數后,填數的方向也會發生變化,因此,可設定一個方向變數up,當up=1時,表示斜向下填數;up=0時,表示斜向上填數,

        初始化時,令up=1、i=0、j=0;在當前位置填上1(即a[i][j]=1),之后從 m=2開始進行回圈,直到m==n*n,全部n*n個數填寫完畢,回圈中,總是先按up的方向,確定下一個位置,然后填上相應的數,

        (6)源程式3,

#include <stdio.h>
#define  N  20
int main()
{
    int a[N][N];
    int n,i,j,m;
    scanf("%d",&n);
    int up=1;
    i=0;     j=0;
    a[i][j]=1;
    m=2;      // m是要填入的自然數
    while (m<=n*n)
    {
        if (up) { i++;  j--; }         // 從右上到左下
        else    { i--;  j++; }         // 從左下到右上
        if (j==n)                      // 超過最右列的位置
        {    i=i+2; j--;   up=!up;  }
        if (i==-1)                    // 超過首行的位置
        {    i++;   up=!up;    }
        if (i==n)                     // 超過底行的位置
        {   i--;   j+=2; up=!up; }
        if (j==-1)                    // 超過最左列的位置
        {    j++;    up=!up;   }
        a[i][j]=m++;
    }
    for (i=0;i<n;i++)
    {
        for (j=0;j<n;j++)
            printf("%4d",a[i][j]);
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

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