c++面试准备之螺旋队列

摘自http://blog.sina.com.cn/s/blog_4b687eac0100f0oa.html

21  22  ...
20  7   8   9   10
19  6   1   2   11
18  5   4   3   12
17  16  15  14  13

    看清以上数字排列的规律，设 1 点的坐标是 (0,0)，x 方向向右为正，y 方向向下为正。例如，7 的坐标为 (-1,-1)，2 的坐标为 (0,1)，3 的坐标为 (1,1)。编程实现输入任意一点坐标 (x,y)，输出所对应的数字。［Finland 某著名通信设备公司 2005 年面试题］

    规律是什么？规律真的一看就能看出来，问题就在于如何利用它。

    先来个大点的：

     43 44 45 46 47 48 49
     42 21 22 23 24 25 26
     41 20 7  8  9  10 27
     40 19 6  1  2  11 28  
     39 18 5  4  3  12 29 
     38 17 16 15 14 13 30
     37 36 35 34 33 32 31

    很明显这个队列是顺时针螺旋向外扩展的，我们可以把它看成一层一层往外延伸。第 0 层规定为中间的那个 1，第 1 层为 2 到 9，第 2 层为 10 到 25，……好像看出一点名堂来了？注意到 1、9、25、……不就是平方数吗？而且是连续奇数（1、3、5、……）的平方数。这些数还跟层数相关，推算一下就可以知道第 t 层之内(注意：不包括第t层)一共有 (2t-1)^2 个数——即第0层内有1个数，第1层内有9个数，第2层内有25个数...因而第 t 层会从 [(2t-1)^2] + 1 开始继续往外螺旋。给定坐标 (x,y)，如何知道该点处于第几层？so easy，层数 t = max(|x|,|y|)，例如：（0，1）在第1层为2，（-1，-1）在第1层为7...

    知道了层数，接下来就好办多了，这时我们就知道所求的那点一定在第 t 层这个圈上，顺着往下数就是了。要注意的就是螺旋队列数值增长方向和坐标轴正方向并不一定相同。我们可以分成四种情况——上、下、左、右——或者——东、南、西、北，分别处于四条边上来分析。简单说来就是每一圈数字分为四个区域。

    东|右：x == t，队列增长方向和 y 轴一致，正东方向（y = 0）数值为 (2t-1)^2 + t，所以 v = (2t-1)^2 + t + y

    南|下：y == t，队列增长方向和 x 轴相反，正南方向（x ＝ 0）数值为 (2t-1)^2 + 3t，所以 v ＝ (2t-1)^2 + 3t - x

    西|左：x == -t，队列增长方向和 y 轴相反，正西方向（y ＝ 0）数值为 (2t-1)^2 + 5t，所以 v = (2t-1)^2 + 5t - y

    北|上：y == -t，队列增长方向和 x 轴一致，正北方向（x ＝ 0）数值为 (2t-1)^2 + 7t，所以 v ＝ (2t-1)^2 + 7t + x

    其实还有一点很重要，不然会有大 bug。其它三条边都还好，但是在东边（右边）那条线上，队列增加不完全符合公式！注意到东北角（右上角）是本层的最后一个数，再往下却是本层的第一个数，那当然不满足东线公式啊。怎么办？好办。反正其它三条都满足不是吗，我们把东线的判断放在最后（其实只需要放在北线之后就可以），这样一来，东北角那点始终会被认为是北线上的点啦～

    实现代码如下：

#include<stdio.h>

#define max(a,b) ((a)<(b)?(b):(a))
#define abs(a) ((a)>0?(a):-(a))
int foo(int x,int y)
{
   int t=max(abs(x),abs(y));//求出层数t
   int u=t + t;
   int v=u - 1;
   v=v*v+u;//即v = (2t-1)^2 + 2t
   if(x==-t)
     v+=u+t-y;//v = (2t-1)^2 + 5t - y
   else if(y==-t)
     v+=3*u+x-t;//v ＝ (2t-1)^2 + 7t + x
   else if(y==t)
     v+=t-x;//v ＝ (2t-1)^2 + 3t - x
   else 
     v+=y-t;//v = (2t-1)^2 + t + y
   return v;

}
void main()

{
    int x,y;
    for(y=-4;y<=4;y++)
    {
       for(x=-4;x<=4;x++)
         printf("%5d",foo(x,y));
       printf("\n");
     }
     while(scanf("%d%d",&x,&y)==2)
       printf("%d\n",foo(x,y));

     return 0;

}