Java程序将方阵原地旋转90度 | 设置1

在本文中，我们将探讨如何使用Java代码将一个方阵原地旋转90度。这种算法在图像处理和计算机图形学中非常常见，因此理解它将不仅有助于您的Java编程技能，还有助于您的计算机科学知识。

问题背景

方阵是一个n×n的矩阵，其中所有的行和列都是相等的。方阵旋转90度的过程是将其逆时针旋转90度，如下图所示：

1 2 3         3 6 9
4 5 6    ->   2 5 8
7 8 9         1 4 7

注意，原矩阵中每个元素的位置与旋转后的矩阵中的位置是互换的。

算法思路

该算法涉及到一系列基本操作，包括交换矩阵中特定元素的值以及确定循环变量的开始和结束位置。具体来说，我们将使用嵌套循环遍历原始矩阵，并按顺时针顺序交换元素。这种操作将在四个步骤中进行：

1. 将第i行和第n-i-1行交换元素。
2. 将第j列和第n-j-1列交换元素。
3. 将（i，j），（i，n-j-1），（n-i-1，j）和（n-i-1，n-j-1）四个元素交换。
4. 重复步骤3，直到在循环中遍历所有元素。

Java代码实现

下面是Java代码实现该算法的示例：

public static void rotateMatrix(int[][] matrix) {
    int n = matrix.length;
    for (int i = 0; i < n / 2; i++) {
        for (int j = i; j < n - i - 1; j++) {
            int temp = matrix[i][j];
            matrix[i][j] = matrix[j][n - i - 1];
            matrix[j][n - i - 1] = matrix[n - i - 1][n - j - 1];
            matrix[n - i - 1][n - j - 1] = matrix[n - j - 1][i];
            matrix[n - j - 1][i] = temp;
        }
    }
}

这个方法使用一个二维数组作为参数，并返回旋转后的矩阵。该方法首先计算矩阵的长度，然后嵌套两个循环来遍历矩阵。在每次循环中，它通过执行四个交换操作来旋转矩阵的元素。

测试样例

为了测试该方法的正确性，以下是一个简单的Java程序，它创建一个原始矩阵、旋转它，并打印旋转后的矩阵。

public static void main(String[] args) {
    int[][] matrix = {{1, 2, 3},
                      {4, 5, 6},
                      {7, 8, 9}};
    System.out.println("原始矩阵：");
    printMatrix(matrix);
    
    rotateMatrix(matrix);
    System.out.println("旋转后的矩阵：");
    printMatrix(matrix);
}

private static void printMatrix(int[][] matrix) {
    for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
        for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {
            System.out.print(matrix[i][j] + " ");
        }
        System.out.println();
    }
    System.out.println();
}

该程序的输出结果为：

原始矩阵：
1 2 3 
4 5 6 
7 8 9 

旋转后的矩阵：
3 6 9 
2 5 8 
1 4 7 

这证明了该算法的正确性。

总结

在本文中，我们已经学习了如何使用Java代码将一个方阵原地旋转90度。该算法是一个经典的图像处理技术，掌握它将有助于改进您的Java编程技能。