Петля по спирали

C++ кто-нибудь? Быстрый перевод с python, опубликованный для полноты

void Spiral( int X, int Y){
    int x,y,dx,dy;
    x = y = dx =0;
    dy = -1;
    int t = std::max(X,Y);
    int maxI = t*t;
    for(int i =0; i < maxI; i++){
        if ((-X/2 <= x) && (x <= X/2) && (-Y/2 <= y) && (y <= Y/2)){
            // DO STUFF...
        }
        if( (x == y) || ((x < 0) && (x == -y)) || ((x > 0) && (x == 1-y))){
            t = dx;
            dx = -dy;
            dy = t;
        }
        x += dx;
        y += dy;
    }
}

let x = 0
let y = 0
let d = 1
let m = 1

while true
  while 2 * x * d < m
    print(x, y)
    x = x + d
  while 2 * y * d < m
    print(x, y)
    y = y + d
  d = -1 * d
  m = m + 1

было много предлагаемых решений для этой проблемы, написанных на разных языках программирования, однако все они, похоже, вытекают из одного и того же запутанного подхода. Я собираюсь рассмотреть более общую проблему вычисления спирали, которая может быть кратко выражена с помощью индукции.

базовый корпус: начните с (0, 0), двигайтесь вперед 1 квадрат, поверните налево, двигайтесь вперед 1 квадрат, поверните налево. Индуктивный шаг: движение вперед N + 1 квадратов, поворот налево, движение вперед N + 1 квадратов, поворот оставил.

математическая элегантность выражения этой проблемы настоятельно предполагает, что должен быть простой алгоритм для вычисления решения. Имея в виду абстракцию, я решил не реализовывать алгоритм на определенном языке программирования, а скорее как псевдокод.

сначала я рассмотрю алгоритм вычисления только 2 итераций спирали, используя 4 пары циклов while. Структура каждой пары схожа, но различна сама по себе. Это может показаться сначала сумасшедший (некоторые петли выполняются только один раз), но шаг за шагом я буду делать преобразования, пока мы не получим 4 пары петель, которые идентичны и, следовательно, могут быть заменены одной парой, помещенной внутри другого цикла. Это даст нам общее решение вычисления n итераций без использования каких-либо условий.

let x = 0
let y = 0

//RIGHT, UP
while x < 1
  print(x, y)
  x = x + 1
while y < 1
  print(x, y)
  y = y + 1

//LEFT, LEFT, DOWN, DOWN
while x > -1
  print(x, y)
  x = x - 1
while y > -1
  print(x, y)
  y = y - 1

//RIGHT, RIGHT, RIGHT, UP, UP, UP
while x < 2
  print(x, y)
  x = x + 1
while y < 2
  print(x, y)
  y = y + 1

//LEFT, LEFT, LEFT, LEFT, DOWN, DOWN, DOWN, DOWN
while x > -2
  print(x, y)
  x = x - 1
while y > -2
  print(x, y)
  y = y - 1

первое преобразование, которое мы сделаем, - это введение новой переменной d для направления, которая содержит значение +1 или -1. Этот переключатели направления после каждой пары петель. Поскольку мы знаем значение d во всех точках, мы можем умножить на него каждую сторону каждого неравенства, соответствующим образом скорректировать направление неравенства и упростить любое умножение d константой на другую константу. Это оставляет нас со следующим.

let x = 0
let y = 0
let d = 1

//RIGHT, UP
while x * d < 1
  print(x, y)
  x = x + d
while y * d < 1
  print(x, y)
  y = y + d
d = -1 * d

//LEFT, LEFT, DOWN, DOWN
while x * d < 1
  print(x, y)
  x = x + d
while y * d < 1
  print(x, y)
  y = y + d
d = -1 * d

//RIGHT, RIGHT, RIGHT, UP, UP, UP
while x * d < 2
  print(x, y)
  x = x + d
while y * d < 2
  print(x, y)
  y = y + d
d = -1 * d

//LEFT, LEFT, LEFT, LEFT, DOWN, DOWN, DOWN, DOWN
while x * d < 2
  print(x, y)
  x = x + d
while y * d < 2
  print(x, y)
  y = y + d

теперь отметим, что как x * d, так и RHS являются целыми числами, поэтому мы можем вычесть любое реальное значение между 0 и 1 из RHS, не влияя на результат неравенства. Мы выберите вычесть 0,5 из неравенств каждой другой пары циклов while, чтобы установить больше шаблона.

let x = 0
let y = 0
let d = 1

//RIGHT, UP
while x * d < 0.5
  print(x, y)
  x = x + d
while y * d < 0.5
  print(x, y)
  y = y + d
d = -1 * d

//LEFT, LEFT, DOWN, DOWN
while x * d < 1
  print(x, y)
  x = x + d
while y * d < 1
  print(x, y)
  y = y + d
d = -1 * d

//RIGHT, RIGHT, RIGHT, UP, UP, UP
while x * d < 1.5
  print(x, y)
  x = x + d
while y * d < 1.5
  print(x, y)
  y = y + d
d = -1 * d

//LEFT, LEFT, LEFT, LEFT, DOWN, DOWN, DOWN, DOWN
while x * d < 2
  print(x, y)
  x = x + d
while y * d < 2
  print(x, y)
  y = y + d

теперь мы можем ввести другую переменную m для количества шагов, которые мы делаем в каждой паре циклов while.

let x = 0
let y = 0
let d = 1
let m = 0.5

//RIGHT, UP
while x * d < m
  print(x, y)
  x = x + d
while y * d < m
  print(x, y)
  y = y + d
d = -1 * d
m = m + 0.5

//LEFT, LEFT, DOWN, DOWN
while x * d < m
  print(x, y)
  x = x + d
while y * d < m
  print(x, y)
  y = y + d
d = -1 * d
m = m + 0.5

//RIGHT, RIGHT, RIGHT, UP, UP, UP
while x * d < m
  print(x, y)
  x = x + d
while y * d < m
  print(x, y)
  y = y + d
d = -1 * d
m = m + 0.5

//LEFT, LEFT, LEFT, LEFT, DOWN, DOWN, DOWN, DOWN
while x * d < m
  print(x, y)
  x = x + d
while y * d < m
  print(x, y)
  y = y + d

наконец, мы видим, что структура каждой пары циклов while одинакова и может быть сокращено до одного цикла внутри другого цикла. Кроме того, чтобы избежать использования реальных чисел, я умножил начальное значение m; значение m увеличивается на; и обе стороны каждого неравенства на 2.

это приводит к решению, показанному в начале этого ответа.

мне нравятся генераторы python.

def spiral(N, M):
    x,y = 0,0   
    dx, dy = 0, -1

    for dumb in xrange(N*M):
        if abs(x) == abs(y) and [dx,dy] != [1,0] or x>0 and y == 1-x:  
            dx, dy = -dy, dx            # corner, change direction

        if abs(x)>N/2 or abs(y)>M/2:    # non-square
            dx, dy = -dy, dx            # change direction
            x, y = -y+dx, x+dy          # jump

        yield x, y
        x, y = x+dx, y+dy

тестирование с:

print 'Spiral 3x3:'
for a,b in spiral(3,3):
    print (a,b),

print '\n\nSpiral 5x3:'
for a,b in spiral(5,3):
    print (a,b),

вы получаете:

Spiral 3x3:
(0, 0) (1, 0) (1, 1) (0, 1) (-1, 1) (-1, 0) (-1, -1) (0, -1) (1, -1) 

Spiral 5x3:
(0, 0) (1, 0) (1, 1) (0, 1) (-1, 1) (-1, 0) (-1, -1) (0, -1) (1, -1) (2, -1) (2, 0) (2, 1) (-2, 1) (-2, 0) (-2, -1)

вот решение O (1), чтобы найти положение в квадратной спирали : Скрипка

function spiral(n) {
    // given n an index in the squared spiral
    // p the sum of point in inner square
    // a the position on the current square
    // n = p + a

    var r = Math.floor((Math.sqrt(n + 1) - 1) / 2) + 1;

    // compute radius : inverse arithmetic sum of 8+16+24+...=
    var p = (8 * r * (r - 1)) / 2;
    // compute total point on radius -1 : arithmetic sum of 8+16+24+...

    var en = r * 2;
    // points by face

    var a = (1 + n - p) % (r * 8);
    // compute de position and shift it so the first is (-r,-r) but (-r+1,-r)
    // so square can connect

    var pos = [0, 0, r];
    switch (Math.floor(a / (r * 2))) {
        // find the face : 0 top, 1 right, 2, bottom, 3 left
        case 0:
            {
                pos[0] = a - r;
                pos[1] = -r;
            }
            break;
        case 1:
            {
                pos[0] = r;
                pos[1] = (a % en) - r;

            }
            break;
        case 2:
            {
                pos[0] = r - (a % en);
                pos[1] = r;
            }
            break;
        case 3:
            {
                pos[0] = -r;
                pos[1] = r - (a % en);
            }
            break;
    }
    console.log("n : ", n, " r : ", r, " p : ", p, " a : ", a, "  -->  ", pos);
    return pos;
}

попытка Java spiral "Code golf", основанная на варианте C++.

public static void Spiral(int X, int Y) {
    int x=0, y=0, dx = 0, dy = -1;
    int t = Math.max(X,Y);
    int maxI = t*t;

    for (int i=0; i < maxI; i++){
        if ((-X/2 <= x) && (x <= X/2) && (-Y/2 <= y) && (y <= Y/2)) {
            System.out.println(x+","+y);
            //DO STUFF
        }

        if( (x == y) || ((x < 0) && (x == -y)) || ((x > 0) && (x == 1-y))) {
            t=dx; dx=-dy; dy=t;
        }   
        x+=dx; y+=dy;
    }
}

вот решение C++, которое показывает, что вы можете вычислить следующие (x, y) координаты непосредственно и легко из предыдущих - нет необходимости отслеживать текущее направление, радиус или что-либо еще:

void spiral(const int M, const int N)
{
    // Generate an Ulam spiral centered at (0, 0).
    int x = 0;
    int y = 0;

    int end = max(N, M) * max(N, M);
    for(int i = 0; i < end; ++i)
    {
        // Translate coordinates and mask them out.
        int xp = x + N / 2;
        int yp = y + M / 2;
        if(xp >= 0 && xp < N && yp >= 0 && yp < M)
            cout << xp << '\t' << yp << '\n';

        // No need to track (dx, dy) as the other examples do:
        if(abs(x) <= abs(y) && (x != y || x >= 0))
            x += ((y >= 0) ? 1 : -1);
        else
            y += ((x >= 0) ? -1 : 1);
    }
}

Если все, что вы пытаетесь сделать, это сгенерировать первые N точек в спирали (без ограничения исходной проблемы маскирования в область N x M), код становится очень простым:

void spiral(const int N)
{
    int x = 0;
    int y = 0;
    for(int i = 0; i < N; ++i)
    {
        cout << x << '\t' << y << '\n';
        if(abs(x) <= abs(y) && (x != y || x >= 0))
            x += ((y >= 0) ? 1 : -1);
        else
            y += ((x >= 0) ? -1 : 1);
    }
}

фокус в том, что вы можете сравнить x и y, чтобы определить какая сторона квадрата вы находитесь, и говорит вам, в каком направлении двигаться.

вот мое решение (в Ruby)

def spiral(xDim, yDim)
   sx = xDim / 2
   sy = yDim / 2

   cx = cy = 0
   direction = distance = 1

   yield(cx,cy)
   while(cx.abs <= sx || cy.abs <= sy)
      distance.times { cx += direction; yield(cx,cy) if(cx.abs <= sx && cy.abs <= sy); } 
      distance.times { cy += direction; yield(cx,cy) if(cx.abs <= sx && cy.abs <= sy); } 
      distance += 1
      direction *= -1
   end
end

spiral(5,3) { |x,y|
   print "(#{x},#{y}),"
}

TDD, в Java.

SpiralTest.java:

import java.awt.Point;
import java.util.List;

import junit.framework.TestCase;

public class SpiralTest extends TestCase {

    public void test3x3() throws Exception {
        assertEquals("(0, 0) (1, 0) (1, 1) (0, 1) (-1, 1) (-1, 0) (-1, -1) (0, -1) (1, -1)", strung(new Spiral(3, 3).spiral()));
    }

    public void test5x3() throws Exception {
        assertEquals("(0, 0) (1, 0) (1, 1) (0, 1) (-1, 1) (-1, 0) (-1, -1) (0, -1) (1, -1) (2, -1) (2, 0) (2, 1) (-2, 1) (-2, 0) (-2, -1)",
                strung(new Spiral(5, 3).spiral()));
    }

    private String strung(List<Point> points) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (Point point : points)
            sb.append(strung(point));
        return sb.toString().trim();
    }

    private String strung(Point point) {
        return String.format("(%s, %s) ", point.x, point.y);
    }

}

спираль.java:

import java.awt.Point;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Spiral {
    private enum Direction {
    E(1, 0) {Direction next() {return N;}},
    N(0, 1) {Direction next() {return W;}},
    W(-1, 0) {Direction next() {return S;}},
    S(0, -1) {Direction next() {return E;}},;

        private int dx;
        private int dy;

        Point advance(Point point) {
            return new Point(point.x + dx, point.y + dy);
        }

        abstract Direction next();

        Direction(int dx, int dy) {
            this.dx = dx;
            this.dy = dy;
        }
    };
    private final static Point ORIGIN = new Point(0, 0);
    private final int   width;
    private final int   height;
    private Point       point;
    private Direction   direction   = Direction.E;
    private List<Point> list = new ArrayList<Point>();

    public Spiral(int width, int height) {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    public List<Point> spiral() {
        point = ORIGIN;
        int steps = 1;
        while (list.size() < width * height) {
            advance(steps);
            advance(steps);
            steps++;
        }
        return list;
    }

    private void advance(int n) {
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            if (inBounds(point))
                list.add(point);
            point = direction.advance(point);
        }
        direction = direction.next();
    }

    private boolean inBounds(Point p) {
        return between(-width / 2, width / 2, p.x) && between(-height / 2, height / 2, p.y);
    }

    private static boolean between(int low, int high, int n) {
        return low <= n && n <= high;
    }
}

Хаскелл, выбирайте:

spiral x y = (0, 0) : concatMap ring [1 .. max x' y'] where
    ring n | n > x' = left x' n  ++ right x' (-n)
    ring n | n > y' = up   n  y' ++ down (-n) y'
    ring n          = up n n ++ left n n ++ down n n ++ right n n
    up    x y = [(x, n) | n <- [1-y .. y]]; down = (.) reverse . up
    right x y = [(n, y) | n <- [1-x .. x]]; left = (.) reverse . right
    (x', y') = (x `div` 2, y `div` 2)

spiral x y = filter (\(x',y') -> 2*abs x' <= x && 2*abs y' <= y) .
             scanl (\(a,b) (c,d) -> (a+c,b+d)) (0,0) $
             concat [ (:) (1,0) . tail 
                    $ concatMap (replicate n) [(0,1),(-1,0),(0,-1),(1,0)]
                    | n <- [2,4..max x y] ]

это в с.

Я выбрал плохие имена переменных. В названиях T = = вверху, L = = слева, B == внизу, R == справа. Итак, tli-верхний левый i, а brj-нижний правый j.

#include<stdio.h>

typedef enum {
   TLTOR = 0,
   RTTOB,
   BRTOL,
   LBTOT
} Direction;

int main() {
   int arr[][3] = {{1,2,3},{4,5,6}, {7,8,9}, {10,11,12}};
   int tli = 0, tlj = 0, bri = 3, brj = 2;
   int i;
   Direction d = TLTOR;

   while (tli < bri || tlj < brj) {
     switch (d) {
     case TLTOR:
    for (i = tlj; i <= brj; i++) {
       printf("%d ", arr[tli][i]);
    }
    tli ++;
    d = RTTOB;
    break;
     case RTTOB:
    for (i = tli; i <= bri; i++) {
       printf("%d ", arr[i][brj]);
    }
    brj --;
    d = BRTOL;
    break;
     case BRTOL:
    for (i = brj; i >= tlj; i--) {
       printf("%d ", arr[bri][i]);
    }
    bri --;
        d = LBTOT;
    break;
     case LBTOT:
    for (i = bri; i >= tli; i--) {
       printf("%d ", arr[i][tlj]);
    }
    tlj ++;
        d = TLTOR;
    break;
 }
   }
   if (tli == bri == tlj == brj) {
      printf("%d\n", arr[tli][tlj]);
   }
}

вот c#, linq'ish.

public static class SpiralCoords
{
  public static IEnumerable<Tuple<int, int>> GenerateOutTo(int radius)
  {
    //TODO trap negative radius.  0 is ok.

    foreach(int r in Enumerable.Range(0, radius + 1))
    {
      foreach(Tuple<int, int> coord in GenerateRing(r))
      {
        yield return coord;
      }
    }
  }

  public static IEnumerable<Tuple<int, int>> GenerateRing(int radius)
  {
    //TODO trap negative radius.  0 is ok.

    Tuple<int, int> currentPoint = Tuple.Create(radius, 0);
    yield return Tuple.Create(currentPoint.Item1, currentPoint.Item2);

    //move up while we can
    while (currentPoint.Item2 < radius)
    {
      currentPoint.Item2 += 1;
      yield return Tuple.Create(currentPoint.Item1, currentPoint.Item2);
    }
    //move left while we can
    while (-radius < currentPoint.Item1)
    {
      currentPoint.Item1 -=1;
      yield return Tuple.Create(currentPoint.Item1, currentPoint.Item2);    
    }
    //move down while we can
    while (-radius < currentPoint.Item2)
    {
      currentPoint.Item2 -= 1;
      yield return Tuple.Create(currentPoint.Item1, currentPoint.Item2);
    }
    //move right while we can
    while (currentPoint.Item1 < radius)
    {
      currentPoint.Item1 +=1;
      yield return Tuple.Create(currentPoint.Item1, currentPoint.Item2);    
    }
    //move up while we can
    while (currentPoint.Item2 < -1)
    {
      currentPoint.Item2 += 1;
      yield return Tuple.Create(currentPoint.Item1, currentPoint.Item2);
    }
  }

}

первый пример вопроса (3x3) будет:

var coords = SpiralCoords.GenerateOutTo(1);

второй пример вопроса (5x3) будет:

var coords = SpiralCoords.GenerateOutTo(2).Where(x => abs(x.Item2) < 2);

Это мое очень очень плохое решение, сделанное из минимального знания Java. Здесь я должен разместить подразделения на поле по спирали. Блоки нельзя поместить поверх других блоков или на горах или в океане.

для ясности. Это не лучшее решение. Это очень плохое решение добавлено для удовольствия других людей, чтобы смеяться над тем, как плохо это может быть сделано

private void unitPlacementAlgorithm(Position p, Unit u){
    int i = p.getRow();
    int j = p.getColumn();

    int iCounter = 1;
    int jCounter = 0;

    if (getUnitAt(p) == null) {
            unitMap.put(p, u);
    } else {
        iWhileLoop(i, j, iCounter, jCounter, -1, u);
    }

}

private void iWhileLoop(int i, int j, int iCounter, int jCounter, int fortegn, Unit u){
    if(iCounter == 3) {
        for(int k = 0; k < 3; k++) {
            if(k == 2) { //This was added to make the looping stop after 9 units
                System.out.println("There is no more room around the city");
                return; 
            }
            i--;

            if (getUnitAt(new Position(i, j)) == null 
                && !(getTileAt(new Position(i, j)).getTypeString().equals(GameConstants.OCEANS)) 
                && !(getTileAt(new Position(i, j)).getTypeString().equals(GameConstants.MOUNTAINS))) {
                    unitMap.put(new Position(i, j), u);
                    return;
            }
            iCounter--;
        }
    }

    while (iCounter > 0) {
        if (fortegn > 0) {
            i++;
        } else {
            i--;
        }

        if (getUnitAt(new Position(i, j)) == null 
            && !(getTileAt(new Position(i, j)).getTypeString().equals(GameConstants.OCEANS)) 
            && !(getTileAt(new Position(i, j)).getTypeString().equals(GameConstants.MOUNTAINS))) {
                unitMap.put(new Position(i, j), u);
                return;
        }
        iCounter--;
        jCounter++;
    }
    fortegn *= -1;
    jWhileLoop(i, j, iCounter, jCounter, fortegn, u);
}

private void jWhileLoop(int i, int j, int iCounter, int jCounter,
        int fortegn, Unit u) {
    while (jCounter > 0) {
        if (fortegn > 0) {
            j++;
        } else {
            j--;
        }

        if (getUnitAt(new Position(i, j)) == null 
            && !(getTileAt(new Position(i, j)).getTypeString().equals(GameConstants.OCEANS)) 
            && !(getTileAt(new Position(i, j)).getTypeString().equals(GameConstants.MOUNTAINS))) {
                unitMap.put(new Position(i, j), u);
                return;

        }
        jCounter--;
        iCounter++;
        if (jCounter == 0) {
            iCounter++;
        }

    }
    iWhileLoop(i, j, iCounter, jCounter, fortegn, u);
}

Cudos всем, кто читает этот

бонус вопрос: Каково время работы этого "алгоритма"? : P

Это немного другая версия-пытается использовать recursion и iterators в LUA. На каждом шаге программа спускается все ниже и ниже внутри Матрицы и петель. Я также добавил дополнительный флаг в spiral clockwise или anticlockwise. Выход начинается с нижних правых углов и рекурсивно петляет к центру.

local row, col, clockwise

local SpiralGen
SpiralGen = function(loop)  -- Generator of elements in one loop
    local startpos = { x = col - loop, y = row - loop }
    local IteratePosImpl = function() -- This function calculates returns the cur, next position in a loop. If called without check, it loops infinitely

        local nextpos = {x = startpos.x, y = startpos.y}        
        local step = clockwise and {x = 0, y = -1} or { x = -1, y = 0 }

        return function()

            curpos = {x = nextpos.x, y = nextpos.y}
            nextpos.x = nextpos.x + step.x
            nextpos.y = nextpos.y + step.y
            if (((nextpos.x == loop or nextpos.x == col - loop + 1) and step.y == 0) or 
                ((nextpos.y == loop or nextpos.y == row - loop + 1) and step.x == 0)) then --Hit a corner in the loop

                local tempstep = {x = step.x, y = step.y}
                step.x = clockwise and tempstep.y or -tempstep.y
                step.y = clockwise and -tempstep.x or tempstep.x
                -- retract next step with new step
                nextpos.x = curpos.x + step.x 
                nextpos.y = curpos.y + step.y

            end         
            return curpos, nextpos
        end
    end
    local IteratePos = IteratePosImpl() -- make an instance
    local curpos, nextpos = IteratePos()
    while (true) do
        if(nextpos.x == startpos.x and nextpos.y == startpos.y) then            
            coroutine.yield(curpos)
            SpiralGen(loop+1) -- Go one step inner, since we're done with this loop
            break -- done with inner loop, get out
        else
            if(curpos.x < loop + 1 or curpos.x > col - loop or curpos.y < loop + 1 or curpos.y > row - loop) then
                break -- done with all elemnts, no place to loop further, break out of recursion
            else
                local curposL = {x = curpos.x, y = curpos.y}
                curpos, nextpos = IteratePos()
                coroutine.yield(curposL)
            end
        end     
    end 
end


local Spiral = function(rowP, colP, clockwiseP)
    row = rowP
    col = colP
    clockwise = clockwiseP
    return coroutine.wrap(function() SpiralGen(0) end) -- make a coroutine that returns all the values as an iterator
end


--test
for pos in Spiral(10,2,true) do
    print (pos.y, pos.x)
end

for pos in Spiral(10,9,false) do
    print (pos.y, pos.x)
end

Python цикл по часовой стрелке спиральный код с помощью Can Berk Güder ответ.

def spiral(X, Y):
    x = y = 0
    dx = 0
    dy = 1
    for i in range(max(X, Y)**2):
        if (-X/2 < x <= X/2) and (-Y/2 < y <= Y/2):
            print (x, y)
            # DO STUFF...
        if x == -y or (x < 0 and x == y) or (x > 0 and x-1 == y):
            dx, dy = dy, -dx
        x, y = x+dx, y+dy

это основано на вашем собственном решении, но мы можем быть умнее в поиске углов. Это позволяет легче увидеть, как вы можете пропустить области снаружи, если M и N очень разные.

def spiral(X, Y):
    x = y = 0
    dx = 0
    dy = -1
    s=0
    ds=2
    for i in range(max(X, Y)**2):
            if abs(x) <= X and abs(y) <= Y/2:
                    print (x, y)
                    # DO STUFF...
            if i==s:
                    dx, dy = -dy, dx
                    s, ds = s+ds/2, ds+1
            x, y = x+dx, y+dy

и решение на основе генератора, которое лучше,чем O(max(n, m)^2), Это O(nm+abs(n-m)^2), потому что оно пропускает целые полосы, если они не являются частью решения.

def spiral(X,Y):
X = X+1>>1
Y = Y+1>>1
x = y = 0
d = side = 1
while x<X or y<Y:
    if abs(y)<Y:
        for x in range(x, x+side, d):
            if abs(x)<X: yield x,y
        x += d
    else:
        x += side
    if abs(x)<X:
        for y in range(y, y+side, d):
            if abs(y)<Y: yield x,y
        y += d
    else:
        y += side
    d =-d
    side = d-side

Here is my attempt for simple C solution. First print the outer spiral and move one block inside..and repeat.

#define ROWS        5
#define COLS        5
//int A[ROWS][COLS] = { {1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {11, 12, 13, 14}, {15, 16, 17, 18} };
//int A[ROWS][COLS] = { {1, 2, 3}, {6, 7, 8}, { 12, 13, 14} };
//int A[ROWS][COLS] = { {1, 2}, {3, 4}};

int A[ROWS][COLS] = { {1, 2, 3, 4, 5}, {6, 7, 8, 9, 10}, {11, 12, 13, 14, 15} , {16, 17, 18, 19, 20}, {21, 22, 23, 24, 25} };


void print_spiral(int rows, int cols)
{
    int row = 0;
    int offset = 0;

    while (offset < (ROWS - 1)) {
        /* print one outer loop at a time. */
        for (int col = offset; col <= cols; col++) {
            printf("%d ", A[offset][col]);
        }

        for (row = offset + 1; row <= rows; row++) {
            printf("%d ", A[row][cols]);
        }

        for (int col = cols - 1; col >= offset; col--) {
            printf("%d ", A[rows][col]);
        }

        for (row = rows - 1; row >= offset + 1; row--) {
            printf("%d ", A[row][offset]);
        }

       /* Move one block inside */
        offset++;
        rows--;
        cols--;
    }
    printf("\n");
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    print_spiral(ROWS-1, COLS-1);
    return 0;
}

решение для AutoIt

#include <Math.au3>
#include <Array.au3>

Func SpiralSearch($xMax,$yMax)
    $x = 0
    $y = 0
    $dx = 0
    $dy = -1
    for $i=0 To _max($xMax, $yMax)^2-1 Step 1
        if -$xMax/2 < $x and $x <= $xMax/2 And -$yMax/2 < $y And $y <= $yMax/2 Then
            MsgBox(0, "We are here ", $x & " " & $y)
        EndIf
        if $x == $y or ($x < 0 and $x == -$y) or ($x > 0 and $x == 1-$y) Then
            _ArraySwap ($dx, $dy)
            $dx=-$dx
        EndIf
        $x += $dx
        $y += $dy
    Next
EndFunc

недавно у меня была аналогичная проблема, когда мне пришлось создать 2D-массив и использовать алгоритм спиральной матрицы для сортировки и печати результатов. Этот код C# будет работать с n, n 2D массивом. Это многословно для ясности и, вероятно, может быть пересмотрено в соответствии с вашими потребностями.

//CREATE A NEW MATRIX OF SIZE 4 ROWS BY 4 COLUMNS - SCALE MATRIX SIZE HERE
SpiralMatrix SM = new SpiralMatrix(4, 4);
string myData = SM.Read();


public class SpiralMatrix
{
    //LETS BUILD A NEW MATRIX EVERY TIME WE INSTANTIATE OUR CLASS
    public SpiralMatrix(int Rows, int Cols)
    {
        Matrix = new String[Rows, Cols];

        int pos = 1;
        for(int r = 0; r<Rows; r++){
            for (int c = 0; c < Cols; c++)
            {
                //POPULATE THE MATRIX WITH THE CORRECT ROW,COL COORDINATE
                Matrix[r, c] = pos.ToString();
                pos++;
            }
        }
    }

    //READ MATRIX
    public string Read()
    {
        int Row = 0;
        int Col = 0;

        string S = "";
        bool isDone = false;

        //CHECK tO SEE IF POSITION ZERO IS AVAILABLE
        if(PosAvailable(Row, Col)){
            S = ConsumePos(Row, Col);
        }


        //START READING SPIRAL
        //THIS BLOCK READS A FULL CYCLE OF RIGHT,DOWN,LEFT,UP EVERY ITERATION
        while(!isDone)
        {
            bool goNext = false;

            //READ ALL RIGHT SPACES ON THIS PATH PROGRESSION
            while (PosAvailable(Row, Col+1))
            {
                //Is ReadRight Avail
                Col++;
                S += ConsumePos(Row, Col);
                goNext = true;
            }

            //READ ALL DOWN SPACES ON THIS PATH PROGRESSION
            while(PosAvailable(Row+1, Col)){
                //Is ReadDown Avail
                Row++;
                S += ConsumePos(Row, Col);
                goNext = true;
            }

            //READ ALL LEFT SPACES ON THIS PATH PROGRESSION
            while(PosAvailable(Row, Col-1)){
                //Is ReadLeft Avail
                Col--;
                S += ConsumePos(Row, Col);
                goNext = true;
            }

            //READ ALL UP SPACES ON THIS PATH PROGRESSION
            while(PosAvailable(Row-1, Col)){
                //Is ReadUp Avail
                Row--;
                S += ConsumePos(Row, Col);
                goNext = true;
            }

            if(!goNext){
                //DONE - SET EXIT LOOP FLAG
                isDone = true;
            }
        }

        return S;
    }

    //DETERMINE IF THE POSITION IS AVAILABLE
    public bool PosAvailable(int Row, int Col)
    {
        //MAKE SURE WE ARE WITHIN THE BOUNDS OF THE ARRAY
        if (Row < Matrix.GetLength(0) && Row >= 0
            && Col < Matrix.GetLength(1) && Col >= 0)
        {
            //CHECK COORDINATE VALUE
            if (Matrix[Row, Col] != ConsumeChar)
                return true;
            else
                return false;
        }
        else
        {
            //WE ARE OUT OF BOUNDS
            return false;
        }
    }

    public string ConsumePos(int Row, int Col)
    {
        string n = Matrix[Row, Col];
        Matrix[Row, Col] = ConsumeChar;
        return n;
    }

    public string ConsumeChar = "X";
    public string[,] Matrix;
}

//PHP вставки

function spiral($n) {

    $r = intval((sqrt($n + 1) - 1) / 2) + 1;

    // compute radius : inverse arithmetic sum of 8+16+24+...=
    $p = (8 * $r * ($r - 1)) / 2;
    // compute total point on radius -1 : arithmetic sum of 8+16+24+...

    $en = $r * 2;
    // points by face

    $a = (1 + $n - $p) % ($r * 8);
    // compute de position and shift it so the first is (-r,-r) but (-r+1,-r)
    // so square can connect

    $pos = array(0, 0, $r);
    switch (intval($a / ($r * 2))) {
        // find the face : 0 top, 1 right, 2, bottom, 3 left
        case 0:
            $pos[0] = $a - $r;
            $pos[1] = -$r;
            break;
        case 1:
            $pos[0] = $r;
            $pos[1] = ($a % $en) - $r;
            break;
        case 2:
            $pos[0] = $r - ($a % $en);
            $pos[1] = $r;
            break;
        case 3:
            $pos[0] = -$r;
            $pos[1] = $r - ($a % $en);
            break;
    }
    return $pos;
}

for ($i = 0; $i < 168; $i++) {

    echo '<pre>';
    print_r(spiral($i));
    echo '</pre>';
}

Я сделал это с другом, который настраивает спираль на соотношение сторон холста на Javascript. Лучшее решение, которое я получил для эволюции изображения пиксель за пикселем, заполняя все изображение.

надеюсь, это поможет кому-то.

var width = 150;
var height = 50;

var x = -(width - height)/2;
var y = 0;
var dx = 1;
var dy = 0;
var x_limit = (width - height)/2;
var y_limit = 0;
var counter = 0;

var canvas = document.getElementById("canvas");
var ctx = canvas.getContext('2d');

setInterval(function(){
   if ((-width/2 < x && x <= width/2)  && (-height/2 < y && y <= height/2)) {
       console.log("[ " + x + " , " +  y + " ]");
       ctx.fillStyle = "#FF0000";
       ctx.fillRect(width/2 + x, height/2 - y,1,1);
   }
   if( dx > 0 ){//Dir right
       if(x > x_limit){
           dx = 0;
           dy = 1;
       }
   }
   else if( dy > 0 ){ //Dir up
       if(y > y_limit){
           dx = -1;
           dy = 0;
       }
   }
   else if(dx < 0){ //Dir left
       if(x < (-1 * x_limit)){
           dx = 0;
           dy = -1;
       }
   }
   else if(dy < 0) { //Dir down
       if(y < (-1 * y_limit)){
           dx = 1;
           dy = 0;
           x_limit += 1;
           y_limit += 1;
       }
   }
   counter += 1;
   //alert (counter);
   x += dx;
   y += dy;      
}, 1);

вы можете увидеть его работы на http://jsfiddle.net/hitbyatruck/c4Kd6/ . Просто не забудьте изменить ширину и высоту холста на JavaScript vars и на атрибутах HTML.

у меня есть библиотека с открытым исходным кодом, pixelscan, это библиотека python, которая предоставляет функции для сканирования пикселей на сетке в различных пространственных шаблонах. Пространственные шаблоны включают круговые, кольца, сетки, змеи и случайные блуждания. Существуют также различные преобразования (например, клип, своп, поворот, перевод). Исходная проблема OP может быть решена следующим образом

for x, y in clip(swap(ringscan(0, 0, 0, 2)), miny=-1, maxy=1):
    print x, y

что дает очки

(0,0) (1,0) (1,1) (0,1) (-1,1) (-1,0) (-1,-1) (0,-1) (1,-1) (2,0) (2,1) (-2,1) (-2,0)
(-2,-1) (2,-1)

библиотеки генераторы и преобразования могут быть скованы для изменения точек в самых разных порядках и пространственных шаблонах.

просто для удовольствия в Javascript:

function spiral(x, y) {
  var iy = ix = 0
    , hr = (x - 1) / 2
    , vr = (y - 1) / 2
    , tt = x * y
    , matrix = []
    , step = 1
    , dx = 1
    , dy = 0;

  while(matrix.length < tt) {

    if((ix <= hr && ix >= (hr * -1)) && (iy <= vr && (iy >= (vr * -1)))) {
      console.log(ix, iy);
      matrix.push([ix, iy]);
    }

    ix += dx;
    iy += dy;

    // check direction
    if(dx !== 0) {
      // increase step
      if(ix === step && iy === (step * -1)) step++;

      // horizontal range reached
      if(ix === step || (ix === step * -1)) {
        dy = (ix === iy)? (dx * -1) : dx;
        dx = 0;  
      }
    } else {
      // vertical range reached
      if(iy === step || (iy === step * -1)) {
        dx = (ix === iy)? (dy * -1) : dy;
        dy = 0;
      }
    }
  }

  return matrix;
}

var sp = spiral(5, 3);

версия C#, регулирует non-квадратные размеры также.

private static Point[] TraverseSpiral(int width, int height) {
    int numElements = width * height + 1;
    Point[] points = new Point[numElements];

    int x = 0;
    int y = 0;
    int dx = 1;
    int dy = 0;
    int xLimit = width - 0;
    int yLimit = height - 1;
    int counter = 0;

    int currentLength = 1;
    while (counter < numElements) {
        points[counter] = new Point(x, y);

        x += dx;
        y += dy;

        currentLength++;
        if (dx > 0) {
            if (currentLength >= xLimit) {
                dx = 0;
                dy = 1;
                xLimit--;
                currentLength = 0;
            }
        } else if (dy > 0) {
            if (currentLength >= yLimit) {
                dx = -1;
                dy = 0;
                yLimit--;
                currentLength = 0;
            }
        } else if (dx < 0) {
            if (currentLength >= xLimit) {
                dx = 0;
                dy = -1;
                xLimit--;
                currentLength = 0;
            }
        } else if (dy < 0) {
            if (currentLength >= yLimit) {
                dx = 1;
                dy = 0;
                yLimit--;
                currentLength = 0;
            }
        }

        counter++;
    }

    Array.Reverse(points);
    return points;
}

я делюсь этим кодом, который я разработал для другой цели; речь идет о поиске номера столбца "X" и номера строки "Y" элемента массива @ spiral index "index". Эта функция принимает ширину" w "и высоту" h "матрицы, а также необходимый"индекс". Конечно, эту функцию можно использовать для того чтобы произвести такой же необходимый выход. Я думаю, что это самый быстрый из возможных методов (поскольку он перепрыгивает через ячейки вместо их сканирования).

    rec BuildSpiralIndex(long w, long h, long index = -1)
    {  
        long count = 0 , x = -1,  y = -1, dir = 1, phase=0, pos = 0,                            length = 0, totallength = 0;
        bool isVertical = false;
        if(index>=(w*h)) return null;

        do 
        {                
            isVertical = (count % 2) != 0;
            length = (isVertical ? h : w) - count/2 - count%2 ;
            totallength += length;
            count++;
        } while(totallength<index);

        count--; w--; h--;
        phase = (count / 4); pos = (count%4);
        x = (pos > 1 ? phase : w - phase);
        y = ((pos == 1 || pos == 2) ? h - phase : phase) + (1 * (pos == 3 ? 1 : 0));
        dir = pos > 1 ? -1 : 1;
        if (isVertical) y -= (totallength - index - 1) * dir;
        else x -= (totallength - index -1) * dir;
        return new rec { X = x, Y = y };
    }

вот итеративное решение этой проблемы на JavaScript (ES6):

let spiralMatrix = (x, y, step, count) => {
    let distance = 0;
    let range = 1;
    let direction = 'up';

    for ( let i = 0; i < count; i++ ) {
        console.log('x: '+x+', y: '+y);
        distance++;
        switch ( direction ) {
            case 'up':
                y += step;
                if ( distance >= range ) {
                    direction = 'right';
                    distance = 0;
                }
                break;
            case 'right':
                x += step;
                if ( distance >= range ) {
                    direction = 'bottom';
                    distance = 0;
                    range += 1;
                }
                break;
            case 'bottom':
                y -= step;
                if ( distance >= range ) {
                    direction = 'left';
                    distance = 0;
                }
                break;
            case 'left':
                x -= step;
                if ( distance >= range ) {
                    direction = 'up';
                    distance = 0;
                    range += 1;
                }
                break;
            default:
                break;
        }
    }
}

вот как его использовать:

spiralMatrix(0, 0, 1, 100);

это создаст внешнюю спираль, начиная с координат (x = 0, y = 0) с шагом 1 и общим количеством элементов, равным 100. Реализация всегда начинает движение в следующем порядке-вверх, вправо, вниз, влево.

обратите внимание, что эта реализация создает квадратные матрицы.

отличное решение Davidont в VB.Net

    Public Function Spiral(n As Integer) As RowCol
    ' given n an index in the squared spiral
    ' p the sum of point in inner square
    ' a the position on the current square
    ' n = p + a
    ' starts with row 0 col -1
    Dim r As Integer = CInt(Math.Floor((Math.Sqrt(n + 1) - 1) / 2) + 1)

    ' compute radius : inverse arithmetic sum of 8+16+24+...=
    Dim p As Integer = (8 * r * (r - 1)) \ 2
    ' compute total point on radius -1 : arithmetic sum of 8+16+24+...

    Dim en As Integer = r * 2
    ' points by face

    Dim a As Integer = (1 + n - p) Mod (r * 8)
    ' compute the position and shift it so the first is (-r,-r) but (-r+1,-r)
    ' so square can connect

    Dim row As Integer
    Dim col As Integer

    Select Case Math.Floor(a \ (r * 2))
        ' find the face : 0 top, 1 right, 2, bottom, 3 left
        Case 0
            row = a - r
            col = -r
        Case 1
            row = r
            col = (a Mod en) - r
        Case 2
            row = r - (a Mod en)
            col = r
        Case 3
            row = -r
            col = r - (a Mod en)
    End Select

    Return New RowCol(row, col)
End Function

вот ответ в Julia: мой подход состоит в том, чтобы назначить точки в концентрических квадратах ("спиралях") вокруг начала координат (0,0), где каждый квадрат имеет сторону длиной m = 2n + 1, чтобы создать упорядоченный словарь с номерами местоположений (начиная с 1 Для начала координат) в качестве ключей и соответствующей координаты в качестве значения.

так как максимальное местоположение на спираль в (n,-n), остальные точки можно найти, просто работая назад от этой точки, т. е. снизу справа угол m-1 единиц, затем повторяя для перпендикулярных 3 сегментов m-1 единиц.

этот процесс записывается в обратном порядке ниже, в соответствии с тем, как спираль протекает, а не этот обратный процесс подсчета, т. е. ra [правый восходящий] сегмент уменьшается на 3(m+1), потом la [слева по возрастанию] by 2(m+1) и так далее - надеюсь, это не требует пояснений.

import DataStructures: OrderedDict, merge

function spiral(loc::Int)
    s = sqrt(loc-1) |> floor |> Int
    if s % 2 == 0
        s -= 1
    end
    s = (s+1)/2 |> Int
    return s
end

function perimeter(n::Int)
    n > 0 || return OrderedDict([1,[0,0]])
    m = 2n + 1 # width/height of the spiral [square] indexed by n
    # loc_max = m^2
    # loc_min = (2n-1)^2 + 1
    ra = [[m^2-(y+3m-3), [n,n-y]] for y in (m-2):-1:0]
    la = [[m^2-(y+2m-2), [y-n,n]] for y in (m-2):-1:0]
    ld = [[m^2-(y+m-1), [-n,y-n]] for y in (m-2):-1:0]
    rd = [[m^2-y, [n-y,-n]] for y in (m-2):-1:0]
    return OrderedDict(vcat(ra,la,ld,rd))
end

function walk(n)
    cds = OrderedDict(1 => [0,0])
    n > 0 || return cds
    for i in 1:n
        cds = merge(cds, perimeter(i))
    end
    return cds
end

Итак, для вашего первого примера, plugging m = 3 в уравнение для нахождения n дает n = (5-1)/2 = 2 и walk(2) дает упорядоченный словарь местоположений координатам, которые вы можете превратить в просто массив координат, обратившись к словарю

Это мой подход для квадратной спирали в C#, я сделал это некоторое время назад, я просто думал, что могу добавить его, так как он отличается от всех других, не лучший, но просто по-другому, я уверен, что его можно адаптировать и для не-квадрата.

этот подход я беру максимальное количество шагов, а не максимальный вектор tho.

главное в этом подходе-углы, есть некоторые корректировки для первого шага и шаг "прогресс", необходимый для выхода из "уголка" в правом нижнем углу.

private void Spiral(int sequence)
{
    const int x = 0;
    const int y = 1;
    int[,] matrix = new int[2, sequence];
    int dirX, dirY, prevX, prevY, curr;
    dirX = dirY = prevX = prevY = curr = default(int);

    do
    {
        if (curr > 0)
        {
            prevX = matrix[x, curr - 1];
            prevY = matrix[y, curr - 1];
        }

        //Change direction based on the corner.
        if (Math.Abs(prevX) == Math.Abs(prevY) && curr > 0)
        {
            dirX = dirY = 0;

            if (prevY > 0 && prevX > 0)
                dirX = -1;
            else if (prevY > 0 && prevX < 0)
                dirY = -1;
            else if (prevY < 0 && prevX < 0)
                dirX = 1;
            else if (prevY < 0 && prevX > 0) //Move forward
                dirX = 1;
            else if (prevY == 0 && prevX == 0) //For the first step.
                dirX = 1;
        }
        else if (prevY < 0 && prevX > 0 && (Math.Abs(matrix[x, curr - 2]) == Math.Abs(matrix[y, curr - 2]))) //Move forward
        {
            dirX = 0;
            dirY = 1;
        }
        else if (prevX == 1 && prevY == 0) //For the second step.
        {
            dirY = 1;
            dirX = 0;
        }

        matrix[x, curr] = prevX + dirX;
        matrix[y, curr] = prevY + dirY;

        System.Console.Write($"({matrix[x, curr]},{matrix[y, curr]}) ");

    } while (++curr < sequence);
}

вот решение в Python 3 для печати последовательных целых чисел по спирали по часовой стрелке и против часовой стрелки.

import math

def sp(n): # spiral clockwise
    a=[[0 for x in range(n)] for y in range(n)]
    last=1
    for k in range(n//2+1):
      for j in range(k,n-k):
          a[k][j]=last
          last+=1
      for i in range(k+1,n-k):
          a[i][j]=last
          last+=1
      for j in range(n-k-2,k-1,-1):
          a[i][j]=last
          last+=1
      for i in range(n-k-2,k,-1):
          a[i][j]=last
          last+=1

    s=int(math.log(n*n,10))+2 # compute size of cell for printing
    form="{:"+str(s)+"}"
    for i in range(n):
        for j in range(n):
            print(form.format(a[i][j]),end="")
        print("")

sp(3)
# 1 2 3
# 8 9 4
# 7 6 5

sp(4)
#  1  2  3  4
# 12 13 14  5
# 11 16 15  6
# 10  9  8  7

def sp_cc(n): # counterclockwise
    a=[[0 for x in range(n)] for y in range(n)]
    last=1
    for k in range(n//2+1):
      for j in range(n-k-1,k-1,-1):
          a[n-k-1][j]=last
          last+=1
      for i in range(n-k-2,k-1,-1):
          a[i][j]=last
          last+=1
      for j in range(k+1,n-k):
          a[i][j]=last
          last+=1
      for i in range(k+1,n-k-1):
          a[i][j]=last
          last+=1

    s=int(math.log(n*n,10))+2 # compute size of cell for printing
    form="{:"+str(s)+"}"
    for i in range(n):
        for j in range(n):
            print(form.format(a[i][j]),end="")
        print("")

sp_cc(5)
#  9 10 11 12 13
#  8 21 22 23 14
#  7 20 25 24 15
#  6 19 18 17 16
#  5  4  3  2  1

объяснение

спираль состоит из концентрических квадратов, например, квадрат 5x5 с вращением по часовой стрелке выглядит так:

 5x5        3x3      1x1

>>>>>
^   v       >>>
^   v   +   ^ v   +   >
^   v       <<<
<<<<v

(>>>>> означает "идти 5 раз вправо" или увеличить индекс столбца в 5 раз,v означает вниз или увеличение индекса строки и т. д.)

все квадраты одинаковы их размер, я проциклили концентрических квадратов.

для каждого квадрата код имеет четыре цикла (по одному для каждой стороны), в каждом цикле мы увеличиваем или уменьшаем столбцы или индекс строки. Если i - это индекс строки и j индекс столбца после этого квадрат 5x5 может быть построен мимо: - incrementing j от 0 до 4 (5 раз) - incrementing i от 1 до 4 (4 раза) - decrementing j от 3 до 0 (4 раза) - decrementing i от 3 до 1 (3 раз)

для следующих квадратов (3x3 и 1x1) мы делаем то же самое, но сдвигаем начальный и конечный индексы соответствующим образом. Я использовал индекс k для каждого концентрического квадрата есть n//2 + 1 концентрические квадраты.

наконец, некоторая математика для pretty-printing.

для печати индексов:

def spi_cc(n): # counter-clockwise
    a=[[0 for x in range(n)] for y in range(n)]
    ind=[]
    last=n*n
    for k in range(n//2+1):
      for j in range(n-k-1,k-1,-1):
          ind.append((n-k-1,j))
      for i in range(n-k-2,k-1,-1):
          ind.append((i,j))
      for j in range(k+1,n-k):
          ind.append((i,j))
      for i in range(k+1,n-k-1):
          ind.append((i,j))

    print(ind)

spi_cc(5)