Python 程序旋转图像

2025年3月17日 | 阅读 3 分钟

在本教程中，我们将编写 Python 程序来解决图像（矩阵）的旋转问题。这是一个与矩阵相关的问题。让我们来理解问题陈述。

问题陈述

一个 nxn 的二维矩阵代表一个图像。我们需要将图像顺时针旋转 90 度。我们需要使用原地方式执行此操作，这意味着我们不需要另一个二维矩阵来进行旋转。旋转后，图像将如下所示。

示例 -

示例 - 1

Input
matrix = [[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]
Output:
[[7,4,1],[8,5,2],[9,6,3]]

示例 - 2

Input: 
matrix = [[5, 1, 9, 11], [2, 4, 8, 10], [13, 3, 6, 7], [15, 14, 12, 16]]
Output: 
[[15, 13, 2, 5], [14, 3, 4, 1], [12, 6, 8, 9], [16, 7, 10, 11]]

示例 - 3

Input: matrix = [[1]]
Output: [[1]]

我们应该遵循以下约束 -

  • n == matrix.length == matrix[i].length
  • 1 <= n <= 20
  • -1000 <= matrix[i][j] <= 1000

解决方案

我们将实现以下解决方案。

首先，获取矩阵的行数和列数。
迭代内循环和外循环并转置矩阵。
反转转置后的矩阵。

让我们看以下代码。

示例 -

def rotate(matrix):
    """
    :type matrix: List[List[int]]
    :rtype: None Do not return anything, modify matrix in-place instead.
    """
  if(matrix==None or len(matrix) == 0 or len(matrix[0]) == 0):return
    for row in range(len(matrix)):
        for col in range(row):
            matrix[row][col], matrix[col][row] = matrix[col][row], matrix[row][col]
    for i,row in enumerate(matrix):
        matrix[i]=row[::-1] 
    return matrix
mat = [[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]
print('The input matrix is:', mat)
print("The matrix after rotation: ", rotate(mat))

输出

The input matrix is: [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
The matrix after rotation:  [[7, 4, 1], [8, 5, 2], [9, 6, 3]]

解释 -

在上面的代码中，我们创建了一个接收要旋转的矩阵的方法。我们迭代了外循环，它将迭代矩阵的每一行，外循环则迭代每一行的列。我们在内循环中改变了矩阵的行和列。如果我们打印转置后的矩阵，它将如下所示。

for row in range(len(matrix)):
        for col in range(row):
            matrix[row][col], matrix[col][row] = matrix[col][row], matrix[row][col]
print(matrix)

它将产生以下输出 -

[[1, 4, 7], [2, 5, 8], [3, 6, 9]]

如果我们仔细观察转置后的矩阵，我们离得到期望的输出只有一步之遥。我们只需要反转每一行。因此，我们借助 enumerate() 函数反转了矩阵的每一行。

for i,row in enumerate(matrix):
        matrix[i]=row[::-1] 
        print(i, row)

它将产生以下输出 -

0 [1, 4, 7]
1 [2, 5, 8]
2 [3, 6, 9]

在下一行，我们反转了行并返回了矩阵。

让我们来理解另一种解决方案。

解决方案 - 2

在此解决方案中，我们将

上下交换行，例如有 n 行：交换第 1 行和第 n 行，第 2 行和第 (n-1) 行，依此类推。
然后找到结果矩阵的转置。

让我们理解下面的例子。

示例 -

def rotate(matrix):
        if(matrix==None or len(matrix) == 0 or len(matrix[0]) == 0):return
        rows = len(matrix)
        cols = len(matrix[0])
        
        first,last = 0,rows-1
        
        while(first<last):
            matrix[first],matrix[last] = matrix[last],matrix[first]
            first +=1
            last -=1
            
        
        for i in range(0,rows):
            for j in range(i+1,cols):
                matrix[i][j],matrix[j][i] = matrix[j][i],matrix[i][j]
                
        return matrix         
mat = [[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]
print('The input matrix is:', mat)
print("The matrix after rotation: ", rotate(mat))

输出

The input matrix is: [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
[[7, 8, 9], [4, 5, 6], [1, 2, 3]]
The matrix after rotation:  [[7, 4, 1], [8, 5, 2], [9, 6, 3]]

结论

在本教程中，我们解决了一个许多大公司都提出的有趣的 Python 矩阵问题。我们通过多个代码实现了解决方案并进行了解释。一旦您理解了解决方案的方法，就可以自己动手实践。

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