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如何在 Java 中利用数组实现简单的矩阵旋转 90 度算法并保持原地空间复杂度

冬瑶大大_7324

冬瑶大大_7324

发布时间:2026-05-08 19:23:46

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来源于php中文网

原创

关键方法是先沿主对角线翻转再每行水平翻转,两次操作使matrixi移至j,实现原地顺时针旋转90°,仅用常数额外空间。

如何在 java 中利用数组实现简单的矩阵旋转 90 度算法并保持原地空间复杂度

在 Java 中实现矩阵顺时针旋转 90 度并保持原地(O(1) 额外空间)的关键是:先沿主对角线翻转,再每行水平翻转。该方法不依赖额外数组,仅用常数个临时变量。

核心思路:两次翻转等价于 90° 顺时针旋转

对于一个 n×n 的方阵:

  • 第一步:沿主对角线(从左上到右下)镜像翻转 —— 即交换 matrix[i][j] 与 matrix[j][i],其中 j > i
  • 第二步:每行左右翻转(水平反转) —— 即对每一行,交换第 j 列与第 (n−1−j) 列元素

两次操作叠加后,原 matrix[i][j] 会落到位置 [j][n−1−i],正好是顺时针旋转 90° 后的坐标。

Java 实现代码(原地、无额外数组)

以下为完整可运行逻辑(假设输入为 n×n 二维数组):

JavaStoryDevelop
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public static void rotate(int[][] matrix) {
    int n = matrix.length;
<pre class="brush:php;toolbar:false;">// 步骤1:沿主对角线翻转(上三角部分)
for (int i = 0; i < n; i++) {
    for (int j = i + 1; j < n; j++) {
        int temp = matrix[i][j];
        matrix[i][j] = matrix[j][i];
        matrix[j][i] = temp;
    }
}

// 步骤2:每行水平翻转
for (int i = 0; i < n; i++) {
    for (int j = 0; j < n / 2; j++) {
        int temp = matrix[i][j];
        matrix[i][j] = matrix[i][n - 1 - j];
        matrix[i][n - 1 - j] = temp;
    }
}

}

为什么空间复杂度是 O(1)?

整个过程只使用了固定数量的局部变量(如 i、j、n、temp),未创建新数组、未递归调用、未使用栈或队列。所有修改均在原 matrix 引用所指向的内存中完成,符合“原地”要求。

注意事项与常见误区

  • 仅适用于方阵:该算法要求 matrix.length == matrix[0].length;矩形矩阵(m×n, m≠n)无法原地旋转 90°(结果维度变为 n×m,必须分配新数组)
  • 逆时针 90° 可改用副对角线 + 水平翻转,或重复三次顺时针旋转(效率低,不推荐)
  • 边界索引别越界:主对角线翻转时内层循环从 j = i+1 开始;水平翻转时只需遍历前半行(j
  • 不要混淆坐标变换公式:顺时针 90° 后,(i,j) → (j, n−1−i),不是 (n−1−j, i) 或其他形式

该方法简洁高效,时间复杂度 O(n²),空间复杂度严格 O(1),是面试与基础算法中旋转矩阵的标准解法。

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