本教程详细讲解如何在Java中接收用户输入来创建二维数组（矩阵），并实现将该矩阵顺时针旋转90度的功能。我们将探讨矩阵旋转的数学原理，提供一个通用的旋转方法，并结合完整的示例代码，帮助开发者理解和解决非方阵旋转的常见问题，同时强调代码的健壮性和最佳实践。
1. Java二维数组的创建与用户输入
在java中，二维数组本质上是数组的数组。创建并使用用户输入填充二维数组是常见的操作。以下步骤演示了如何实现：
获取矩阵维度： 首先，我们需要从用户那里获取矩阵的行数（m）和列数（n）。声明与初始化： 根据获取的维度声明并初始化一个二维数组，例如 int[][] array = new int[m][n];。填充元素： 使用嵌套的 for 循环遍历数组的每一个位置 (i, j)，并通过 Scanner 读取用户输入的整数来填充数组。
以下是实现用户输入和初始矩阵打印的代码片段：
import java.util.Scanner;public class MatrixRotation { public static void main(String[] args) { Scanner sc = new Scanner(System.in); System.out.print("请输入矩阵的行数 (m): "); int m = sc.nextInt(); System.out.print("请输入矩阵的列数 (n): "); int n = sc.nextInt(); // 验证输入 if (m <= 0 || n <= 0) { System.out.println("行数和列数必须是正整数。"); sc.close(); return; } int[][] originalArray = new int[m][n]; System.out.println("请输入矩阵的 " + (m * n) + " 个元素:"); for (int i = 0; i < m; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { System.out.print("请输入元素 [" + i + "][" + j + "]: "); originalArray[i][j] = sc.nextInt(); } } System.out.println("n原始矩阵:"); printMatrix(originalArray); // ... 后续将调用旋转方法 sc.close(); } /** * 辅助方法：打印矩阵 * @param matrix 要打印的矩阵 */ public static void printMatrix(int[][] matrix) { if (matrix == null || matrix.length == 0 || matrix[0].length == 0) { System.out.println("矩阵为空或无效。"); return; } for (int i = 0; i < matrix.length; i++) { for (int j = 0; j < matrix[0].length; j++) { System.out.printf("%4d", matrix[i][j]); // 格式化输出，保持对齐 } System.out.println(); } }}
注意事项：
在原始问题中，打印矩阵的代码可能放置在不正确的位置，导致只显示部分元素。确保在所有元素输入完毕后，再调用一次完整的循环来打印原始矩阵。添加输入验证，确保用户输入的行数和列数是有效的正整数。
2. 理解矩阵顺时针90度旋转的数学原理
将一个 m x n 的矩阵 A 顺时针旋转90度后，会得到一个 n x m 的新矩阵 B。理解元素位置的映射关系是实现旋转的关键。
假设原始矩阵 A 中的一个元素位于 (i, j)（其中 i 是行索引，j 是列索引）：
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i 的范围是 0 到 m-1。j 的范围是 0 到 n-1。
经过90度顺时针旋转后，这个元素 A[i][j] 将移动到新矩阵 B 的某个位置 (new_i, new_j)。观察旋转规律，我们可以发现：
原矩阵的列索引 j 变成了新矩阵的行索引 new_i。原矩阵的行索引 i 变成了新矩阵的列索引 new_j，但需要进行翻转操作。具体来说，原矩阵的第 i 行会变成新矩阵的第 (m – 1 – i) 列。
因此，映射关系为：B[j][m – 1 – i] = A[i][j]
其中：
A 是 m 行 n 列的原始矩阵。B 是 n 行 m 列的旋转后矩阵。
3. 实现通用的矩阵90度顺时针旋转
基于上述数学原理，我们可以编写一个通用的 rotateMatrix 方法，它接收一个原始矩阵并返回一个旋转后的新矩阵。这种方法适用于任何 m x n 的矩阵，包括非方阵。
public class MatrixRotation { // ... (main 方法和 printMatrix 方法如上所示) /** * 将给定的矩阵顺时针旋转90度。 * * @param originalMatrix 原始矩阵 (m x n) * @return 旋转90度后的新矩阵 (n x m) */ public static int[][] rotateMatrix(int[][] originalMatrix) { // 1. 处理边界情况：空矩阵或无效矩阵 if (originalMatrix == null || originalMatrix.length == 0 || originalMatrix[0].length == 0) { System.out.println("无法旋转空或无效矩阵。"); return new int[][]{}; // 返回一个空矩阵 } int originalRows = originalMatrix.length; // 原始矩阵的行数 m int originalCols = originalMatrix[0].length; // 原始矩阵的列数 n // 2. 创建新矩阵：旋转后，行数变为原始列数，列数变为原始行数 int[][] rotatedMatrix = new int[originalCols][originalRows]; // 3. 遍历原始矩阵，根据旋转规则填充新矩阵 for (int i = 0; i < originalRows; i++) { // 遍历原始矩阵的每一行 for (int j = 0; j < originalCols; j++) { // 遍历原始矩阵的每一列 // 映射关系：originalMatrix[i][j] 移动到 rotatedMatrix[j][originalRows - 1 - i] rotatedMatrix[j][originalRows - 1 - i] = originalMatrix[i][j]; } } return rotatedMatrix; }}
4. 完整示例：用户输入、矩阵显示与旋转
将上述所有部分整合到一起，形成一个完整的、可运行的Java程序。
import java.util.Scanner;public class MatrixRotation { public static void main(String[] args) { Scanner sc = new Scanner(System.in); System.out.print("请输入矩阵的行数 (m): "); int m = sc.nextInt(); System.out.print("请输入矩阵的列数 (n): "); int n = sc.nextInt(); // 验证输入 if (m <= 0 || n <= 0) { System.out.println("行数和列数必须是正整数。"); sc.close(); return; } int[][] originalArray = new int[m][n]; System.out.println("请输入矩阵的 " + (m * n) + " 个元素:"); for (int i = 0; i < m; i++) { for (int j = 0; j 0 && matrix[0].length == 0)) { System.out.println("矩阵为空或无效。"); return; } for (int i = 0; i < matrix.length; i++) { for (int j = 0; j < matrix[0].length; j++) { System.out.printf("%4d", matrix[i][j]); // 格式化输出，保持对齐 } System.out.println(); } } /** * 将给定的矩阵顺时针旋转90度。 * * @param originalMatrix 原始矩阵 (m x n) * @return 旋转90度后的新矩阵 (n x m) */ public static int[][] rotateMatrix(int[][] originalMatrix) { if (originalMatrix == null || originalMatrix.length == 0 || originalMatrix[0].length == 0) { // 对于空矩阵或无效矩阵，返回一个适当的空数组或抛出异常 return new int[][]{}; } int originalRows = originalMatrix.length; // 原始矩阵的行数 m int originalCols = originalMatrix[0].length; // 原始矩阵的列数 n // 旋转后，新矩阵的行数是原始矩阵的列数，新矩阵的列数是原始矩阵的行数 int[][] rotatedMatrix = new int[originalCols][originalRows]; for (int i = 0; i < originalRows; i++) { // 遍历原始矩阵的每一行 for (int j = 0; j < originalCols; j++) { // 遍历原始矩阵的每一列 // 原始元素 (i, j) 映射到新矩阵的 (j, originalRows - 1 - i) rotatedMatrix[j][originalRows - 1 - i] = originalMatrix[i][j]; } } return rotatedMatrix; }}
5. 注意事项与最佳实践
输入验证： 始终对用户输入进行验证。本示例中检查了行数和列数是否为正整数，防止创建无效的矩阵。边界条件： rotateMatrix 方法包含了对空矩阵或无效矩阵的检查，提高了代码的健壮性。空间复杂度： 本教程提供的通用旋转方法需要创建一个新的矩阵来存储旋转结果，因此其空间复杂度为 O(m*n)，其中 m 和 n 分别是原始矩阵的行数和列数。这是因为旋转后矩阵的维度可能发生变化，无法在原地完成旋转。原地旋转（In-Place Rotation）： 对于方阵（即 m == n 的矩阵），可以实现原地旋转，而无需额外的 O(m*n) 空间。原地旋转通常涉及两个步骤：转置： 将矩阵的行和列互换（A[i][j] 变为 A[j][i]）。反转每一行： 将转置后的矩阵的每一行进行反转。这种方法更节省内存，但只适用于方阵。代码可读性： 使用有意义的变量名（如 originalRows, originalCols）和注释可以显著提高代码的可读性和可维护性。资源管理： 使用 Scanner 后，应及时关闭它以释放系统资源，例如 sc.close();。
总结
本教程详细阐述了如何在Java中处理二维数组的用户输入，并实现了一个通用的矩阵90度顺时针旋转功能。我们通过明确的数学映射关系，提供了一个健壮的 rotateMatrix 方法，能够处理任意 m x n 维度的矩阵。通过完整的示例代码和注意事项，读者可以掌握二维数组操作和矩阵旋转的核心概念，并将其应用于实际开发中。
以上就是Java二维数组的用户输入与90度顺时针旋转教程的详细内容，更多请关注创想鸟其它相关文章！
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