Java实现的按照顺时针或逆时针方向输出一个数字矩阵功能示例

本文实例讲述了Java实现的按照顺时针或逆时针方向输出一个数字矩阵功能。分享给大家供大家参考，具体如下：

题目：按照指定的长宽和输出方向，从外向内打印一个从 1 开始的数字矩阵，矩阵的开始位置在左上角。如下图

代码及注释如下：

public class NumberMatrix {
  public static void main(String[] args) {
    int width = 25;
    int height = 12;
    boolean clockwise = false;
    System.out.println("我们测试结果：");
    outputMatrix(width, height, clockwise);
  }
  /**
   * 按照指定的长宽和输出方向，从外向内打印一个从 1 开始的数字矩阵，矩阵的开始位置在左上角。
   *
   * @param width   矩阵宽度
   * @param height  矩阵高度
   * @param clockwise 是否是顺时针方向
   */
  private static void outputMatrix(int width, int height, boolean clockwise) {
    // 首先判断最大数字的位数，以决定输出如何对齐
    int numLength = (int) Math.log10(width * height) + 1;
    // 决定输出的格式（最大位数 + 1个空格）
    String format = "%" + (numLength + 1) + "d";
    // 定义要输出的二维数组，注意维度是从高到低的
    // 此时 matrix 中所有元素的值都是 0
    int[][] matrix = new int[height][width];
    // 定义一个位置指针和一个计数器，位置指针进行移动，而计数器负责递增，递增后的数字
    // 被填充进矩阵，当 width * height 个数字填充完毕，这个矩阵就完成了。
    // 注意这里位置指针的第一个元素对应 matrix 的第一个维度 y，第二个元素对应第二个维度 x。
    int[] pointer = {0, 0};
    int counter = 1;
    // 定义当前移动的方向：1、2、3、4 分别表示上、右、下、左。
    // 顺时针的起始方向为右，逆时针的起始方向为下。
    int direction = clockwise ? 2 : 3;
    // 开始循环填充，每个填充分为三步
    for (int i = 1, max = width * height; i <= max; i++) {
      // 1. 填充内容
      int y = pointer[0];
      int x = pointer[1];
      matrix[y][x] = counter;
      // 2. 计数器自增
      counter += 1;
      // 3. 移动到下一个位置，因为这地方比较复杂，所以开个方法实现
      direction = move(matrix, width, height, pointer, direction, clockwise);
    }
    // 矩阵填充完毕，按照正常的方式循环输出即可
    for (int y = 0; y < height; y++) {
      for (int x = 0; x < width; x++) {
        System.out.printf(format, matrix[y][x]);
      }
      System.out.println(); // 完成一行后输出换行
    }
  }
  /**
   * 在矩阵中移动
   *
   * @param matrix  矩阵，用于判断前进方向的下一个位置是否已经填充了数字，如果是则转向
   * @param width   矩阵的宽
   * @param height  矩阵的高
   * @param pointer  指针的当前位置。调用本方法后里面的值会改变，除非方法返回 0
   * @param direction 指针当前移动的方向
   * @param clockwise 是否是要按顺时针方向转向
   *
   * @return 移动后的新方向（与原来的方向可能相同也可能不同）。如果无法再继续移动，则返回 0
   */
  private static int move(int[][] matrix, int width, int height, int[] pointer, int direction, boolean clockwise) {
    // 先尝试按照原来的方向移动到 newPointer
    int[] newPointer = moveDirectly(pointer, direction);
    // 检查 newPointer 是否合法，如果合法则将其赋值给 pointer 并保持原来的方向，方法完成
    if (isValid(newPointer, matrix, width, height)) {
      System.arraycopy(newPointer, 0, pointer, 0, 2);
      return direction;
    }
    // 进行转向，重新从 pointer 朝新的方向移动
    direction = turn(direction, clockwise);
    newPointer = moveDirectly(pointer, direction);
    // 检查 newPointer 是否合法（同前面一样）
    if (isValid(newPointer, matrix, width, height)) {
      System.arraycopy(newPointer, 0, pointer, 0, 2);
      return direction;
    }
    // 既无法前进也无法转向，那么无法继续移动。
    return 0;
  }
  // 判断矩阵中指定的位置是否可以填充
  private static boolean isValid(int[] newPointer, int[][] matrix, int width, int height) {
    // 位置不能超出矩阵范围
    if (newPointer[0] >= height
        || newPointer[0] < 0
        || newPointer[1] >= width
        || newPointer[1] < 0) {
      return false;
    }
    // 位置的内容应该为空
    if (matrix[newPointer[0]][newPointer[1]] != 0) {
      return false;
    }
    return true;
  }
  // 转向。根据我们对 direction 的定义，顺时针就是 +1，逆时针就是 -1
  private static int turn(int direction, boolean clockwise) {
    int newDirection = clockwise ? direction + 1 : direction - 1;
    if (newDirection > 4) {
      newDirection = 1;
    } else if (newDirection < 1) {
      newDirection = 4;
    }
    return newDirection;
  }
  /**
   * 朝指定的方向移动，并返回新的位置
   *
   * @param pointer  当前位置
   * @param direction 方向
   *
   * @return 新的位置
   */
  private static int[] moveDirectly(int[] pointer, int direction) {
    int y = pointer[0];
    int x = pointer[1];
    switch (direction) {
      case 1:
        return new int[]{y - 1, x};
      case 2:
        return new int[]{y, x + 1};
      case 3:
        return new int[]{y + 1, x};
      case 4:
        return new int[]{y, x - 1};
    }
    throw new IllegalArgumentException("方向不正确: " + direction);
  }
}

运行结果：

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希望本文所述对大家java程序设计有所帮助。

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