LeetCode 3643.子矩阵垂直翻转算法解析

LeetCode 3643.子矩阵垂直翻转算法解析

题目描述

给定一个二维矩阵 grid 和四个参数 (x, y, k),实现一个函数,将矩阵中以 (x, y) 为左上角、边长为 k 的正方形子矩阵进行上下翻转(垂直镜像翻转)。

算法思路

本题的核心是实现子矩阵的垂直翻转操作。垂直翻转即将子矩阵的第1行与第k行交换,第2行与第k-1行交换,以此类推,直到中间行。

实现方法

采用双指针法:

  • 设置两个指针 l(上边界)和 r(下边界),初始分别指向子矩阵的第一行和最后一行
  • 当 l < r 时,交换这两行的所有元素
  • 然后 l++,r--,继续交换直到两指针相遇

代码实现

cpp 复制代码
class Solution {
public:
    vector<vector<int>> reverseSubmatrix(vector<vector<int>>& grid, int x, int y, int k) {
        int l = x, r = x + k - 1;  // 设置上下边界指针
        while(l < r) {              // 当未到达中间时
            for(int j = y; j < y + k; j++)  // 交换当前两行的所有列
                swap(grid[l][j], grid[r][j]);
            l++;  // 上边界下移
            r--;  // 下边界上移
        }
        return grid;
    }
};

算法图解

示例演示

假设输入矩阵:

复制代码
grid = [
    [1, 2, 3, 4],
    [5, 6, 7, 8],
    [9,10,11,12],
    [13,14,15,16]
]
调用 reverseSubmatrix(grid, 0, 0, 3)

子矩阵范围(左上角(0,0),边长3):

复制代码
[1, 2, 3]
[5, 6, 7]
[9,10,11]

执行过程:

  1. 第1步:l=0, r=2,交换第0行和第2行

    复制代码
    [9,10,11]
    [5, 6, 7]
    [1, 2, 3]
  2. 第2步:l=1, r=1,循环结束

最终结果:

复制代码
[9,10,11,4]
[5, 6, 7,8]
[1, 2, 3,12]
[13,14,15,16]

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(k²),需要遍历子矩阵中所有元素一次
  • 空间复杂度:O(1),只使用常数额外空间

关键要点

  1. 子矩阵定位 :通过 (x, y) 定位左上角,通过 k 确定边长
  2. 垂直翻转逻辑:只交换行,不交换列
  3. 边界处理 :r = x + k - 1 确保指针指向有效行索引
  4. 原地操作:直接修改原矩阵,无需额外空间

注意事项

  • 该函数假设子矩阵是正方形(k×k)
  • 函数会直接修改原矩阵,如果不想修改原矩阵,需要先进行深拷贝
  • 参数 x, y 必须确保子矩阵在 grid 范围内

总结

本题通过简单的双指针方法实现了子矩阵的垂直翻转操作,代码简洁高效。理解这个算法有助于掌握二维数组的区间操作技巧。

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