LeetCode Hot100刷题——轮转数组

56. 轮转数组

给定一个整数数组 nums,将数组中的元素向右轮转 k个位置,其中 k是非负数。

示例 1:

复制代码
输入: nums = [1,2,3,4,5,6,7], k = 3
输出: [5,6,7,1,2,3,4]
解释:
向右轮转 1 步: [7,1,2,3,4,5,6]
向右轮转 2 步: [6,7,1,2,3,4,5]
向右轮转 3 步: [5,6,7,1,2,3,4]

示例 2:

复制代码
输入:nums = [-1,-100,3,99], k = 2
输出:[3,99,-1,-100]
解释: 
向右轮转 1 步: [99,-1,-100,3]
向右轮转 2 步: [3,99,-1,-100]

提示:

  • 1 <= nums.length <= 105
  • -231 <= nums[i] <= 231 - 1
  • 0 <= k <= 105

解题思路

我的思路: 每次轮转其实就是把最后的元素放到前面,那总的结果就是相当于整个数组后k个元素被移动到前面,剩下的元素顺次后移。再考虑到假如当k等于数组长度的时候,轮转k次相当于没有轮转。所以这个时候需要优化k的值,例如数组长度n=7,k=10,k%n=10%7=3,即只需要轮转3次即可就可以避免不必要的重复操作。

如何高效地将数组轮转k次

方法一:使用额外的数组

创建一个新数组,将原数组的后k个元素放到新数组的前面,然后把原数组前面的元素放到后面。例如,原数组nums,新数组的0到k-1位置是nums的n-k到n-1的元素,k到n-1的位置是nums的0到n-k-1的元素。这种方法的时间复杂度是O(n),空间复杂度是O(n)。

方法二:三次反转

假设k=3,数组是1,2,3,4,5,6,7。整个数组反转之后变成7,6,5,4,3,2,1。然后将前k个元素反转,再反转剩下的元素。比如前3个元素反转后是5,6,7,剩下的反转是1,2,3,4。这样整个数组就是5,6,7,1,2,3,4。这三次反转的结果就是轮转后的数组。因为反转操作是原地进行的,时间复杂度是O(n),空间复杂度是O(1),更加高效。

代码实现具体步骤:

  1. 计算数组的长度n
  2. 处理k的值:首先对k取模数组长度n,k = k % n,避免不必要的重复轮转。如果k为0,直接返回。
  3. 反转整个数组
  4. 反转前k个元素
  5. 反转剩下的n - k 个元素

反转数组的部分写一个辅助函数表示用来反转数组的一部分,比如从start到end的位置。**reverse(nums, start, end)**这个函数会将nums数组中从start到end(包括这两个位置)的元素反转。

比如,反转整个数组的话,调用reverse(nums, 0, n-1)。然后反转前k个元素,调用reverse(nums, 0, k-1)。然后反转剩下的部分,调用reverse(nums, k, n-1)。

经过三次反转后,数组就正确了。

程序代码

java 复制代码
class Solution {
    public void rotate(int[] nums, int k) {
        // 获取数组长度
        int n = nums.length;
        // 数组为空,直接返回
        if(n == 0){
            return;
        }
        // 取模处理k大于数组长度的情况,避免无效重复轮转
        k = k % n;
        // k为0,说明无需轮转,直接返回即可
        if(k == 0){
            return;
        }
        // 反转整个数组
        reverse(nums, 0, n - 1);
        // 反转前k个元素
        reverse(nums, 0, k - 1);
        // 反转剩余元素
        reverse(nums, k, n - 1);
    }

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

示例分析:

  1. 预处理

    • 数组长度n = 7k = 3 % 7 = 3
  2. 三次反转

    • 第一次反转 :反转整个数组[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7][7, 6, 5, 4, 3, 2, 1]
    • 第二次反转 :反转前 3 个元素[7, 6, 5][5, 6, 7],数组变为[5, 6, 7, 4, 3, 2, 1]
    • 第三次反转 :反转剩余 4 个元素[4, 3, 2, 1][1, 2, 3, 4],数组变为[5, 6, 7, 1, 2, 3, 4]

时间复杂度分析:

  • 时间复杂度:O (n)。三次反转操作每次都遍历数组的一部分,总时间复杂度为线性。
  • 空间复杂度:O (1)。只使用了常数级的额外空间,无需创建新数组。
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