Python实现矩阵指定角度顺/逆时针旋转函数的bug修复

问题背景 #

我正在尝试编写一个名为rotateByX的函数，该函数接收两个参数：一个4x4矩阵，以及代表矩阵旋转角度的数值。传入的角度为90、180、270、360等90的整数倍数值：若传入角度为正，矩阵沿顺时针方向向右旋转；若传入角度为负（如-90、-180等），矩阵沿逆时针方向向左旋转。我此前已经实现了仅支持90度顺时针旋转的同类功能，在本次代码中我复用了该功能，同时额外编写了实现90度逆时针旋转的函数，计划根据传入的角度值调用对应函数完成矩阵旋转。

问题代码 #

def rotate90_Counter(m):
    return [[m[j][i] for j in range(len(m))] for i in range(len(m[0])-1,-1,-1)]

def rotateByX(m,X):
    rotations = (X//90)%4
    if X >= 0:
        for p in range(rotations):
            m= rotate90_clockwise(m)
            
    elif X < 0:
        for s in range(rotations):
            m= rotate_90_Counter(m)
            
    return m
        
m = [[1,2,3,4],[5,6,7,8],[9,10,11,12],[13,14,15,16]]

rotateByX(m, -90) 

故障表现 #

当前代码仅在传入角度X为正值时可正常运行，传入90、180、270等正角度时旋转结果完全符合预期；但传入负角度时，矩阵未按预期沿逆时针方向向左旋转，反而沿顺时针方向向右旋转。

问题根因 #

• 旋转次数计算逻辑错误：Python整数除法对负数做向下取整，-90//90的运算结果是-1，再对4取模(-1) % 4得到结果3。也就是说传入-90度时，代码算出的rotations值为3，执行3次逆时针旋转的效果等同于1次顺时针旋转，自然和预期结果相反。
• 函数名拼写不匹配：自定义的逆时针旋转函数名为rotate90_Counter，负角度分支中调用的却是rotate_90_Counter，实际运行时会直接抛出名称错误，需要统一命名。

修复方案 #

1. 拆分正负角度的旋转次数计算逻辑：正角度沿用原有顺时针旋转次数计算方式，负角度单独计算逆时针旋转次数，不再共用同一套取模公式。
2. 统一逆时针旋转函数的命名，消除名称错误。

修复后的可运行代码如下：

# 注：rotate90_clockwise为你已实现的顺时针旋转函数，此处补全通用实现用于测试
def rotate90_clockwise(m):
    n = len(m)
    return [[m[n-1-j][i] for j in range(n)] for i in range(n)]

def rotate90_Counter(m):
    return [[m[j][i] for j in range(len(m))] for i in range(len(m[0])-1,-1,-1)]

def rotateByX(m,X):
    if X >= 0:
        rotations = (X // 90) % 4
        for _ in range(rotations):
            m = rotate90_clockwise(m)
    else:
        # 负角度转成正数计算逆时针旋转次数
        rotations = (-X // 90) % 4
        for _ in range(rotations):
            m = rotate90_Counter(m)
    return m
        
m = [[1,2,3,4],[5,6,7,8],[9,10,11,12],[13,14,15,16]]
print(rotateByX(m, -90))

逻辑验证：传入-90度时旋转次数计算为1，仅执行1次逆时针旋转，结果符合预期；传入-180度时旋转2次，和顺时针旋转2次效果一致；传入-270度时旋转3次，等效于顺时针旋转1次，所有角度场景逻辑自洽。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kev