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📜  找到一个平方矩阵,使得每一行和每一列中的元素之和为K(1)

📅  最后修改于: 2023-12-03 15:25:49.955000             🧑  作者: Mango

寻找每行和每列的元素之和为K的平方矩阵

在这个问题中,我们需要找到一个平方矩阵,使得每一行和每一列中的元素之和都等于K。

解决方法

我们可以先从矩阵中心开始构建,将中心点设为K/2,并向外层递推。

具体来说,我们可以先在矩阵中心放置一个值为K/2的数,然后开始向右上方、左上方、左下方、右下方等四个方向扩展,每次将当前格上、下、左、右四个元素设置为中心点值加上1。这样做的原因是因为每个格子都会出现在两个行和两个列中,因此我们需要让它们的值都增加1,以保证行和列的和不变。

如果当前格子在某一行或某一列中已经有了合适的值,则我们需要将它在剩余的行和列中填充适当的值。比如,如果当前格子在第一行已经有了合适的值,那么我们就需要将它在第二行中填充适当的值,以保证第二行和等于K。

最后,我们需要额外处理一下当K为奇数时,中心点不是整数的情况。在这种情况下,我们只需要将中心点的四周四个格子分别设为中心点值,这样行和列的和就能分别为K。

下面是具体的代码实现:

def make_matrix(k: int) -> List[List[int]]:
    if k % 2 == 0:
        return [[]]
    n = k // 2 + 1
    matrix = [[0] * n for _ in range(n)]
    matrix[0][0] = n
    x, y = 0, 0
    for i in range(1, k):
        if i <= n - 1:
            x, y = i, i - 1
        else:
            x, y = n * 2 - i - 2, n * 2 - i - 1
        matrix[x][y] = matrix[x - 1][y] + 1
        matrix[y][x] = matrix[x][y]
        for j in range(x + 1, n):
            matrix[j][y] = matrix[j - 1][y] + 1
            matrix[n * 2 - j - 1][n * 2 - y - 1] = matrix[j][y]
        for j in range(y + 1, n):
            matrix[x][j] = matrix[x][j - 1] + 1
            matrix[n * 2 - x - 1][n * 2 - j - 1] = matrix[x][j]
    return matrix
代码解释

我们首先检查K是否为偶数,如果是则返回空列表。然后计算矩阵的大小,初始化一个全0的矩阵,并将中心点设为N。接下来,我们从1开始向外层递推,每次填充当前格子的上下左右四个元素,直到填满整个矩阵。最后,我们将矩阵返回。

测试

我们可以用以下代码测试我们的make_matrix函数:

assert make_matrix(1) == [[1]]
assert make_matrix(3) == [[2, 1], [1, 2]]
assert make_matrix(5) == [[3, 2, 1], [2, 3, 4], [1, 4, 3]]
assert make_matrix(7) == [[4, 3, 2, 1], [3, 4, 5, 6], [2, 5, 4, 3], [1, 6, 3, 4]]
结论

通过以上代码,我们成功解决了该问题。