约瑟夫环


问题描述

已知n个人(以编号1,2,3,...,n分别表示)围坐在一张圆桌上。

指定编号为k的人开始从1报数,数到m的那个人出列;

出列那个人的下一位又从1开始报数,数到m的那个人出列;

以此规则重复下去,直到圆桌上的人全部出列

做法一:

简单的用链表模拟

 1 #include<bits/stdc++.h>
 2 using namespace std;
 3 int n,m,l[200],r[200],q[200],k;
 4 void work()
 5 {
 6     int cnt=0,nw=m+k-1;
 7     while(cnt<n)
 8     {
 9         q[++q[0]]=nw;cnt++;
10         r[l[nw]]=r[nw];l[r[nw]]=l[nw];
11         for(int i=1;i<=m;++i) nw=r[nw];
12     }
13     for(int i=1;i<=n;++i) cout<<q[i]<<" ";
14 }
15 int main()
16 {
17     scanf("%d%d",&n,&m);k=1;
18     for(int i=1;i<=n;++i) l[i]=i-1,r[i]=i+1;
19     l[1]=n;r[n]=1;
20     work();
21     return 0;
22 } 

 显而易见,复杂度O(n^m)

做法二:

递推的方法

我们知道,当n个人中第一个人出列之后,就剩下了n-1个人,在剩下n-2个,n-3,……,1

当n个人围成一圈并以m为步长第一次报数时,第m个人出列,此时就又组成了一个新的,人数为n-1的约瑟夫环,

要求n个人的约瑟夫环问题的解,就依赖于求n-1个人的约瑟夫问题的解,

要求n-2个人的约瑟夫问题的解,则依赖于求n-2个人的约瑟夫问题的解,

依次类推,直至求1个人的时候,该问题的解。

我们设f[1]为1个人时的解,显而易见,f[1]=1;//f[i]表示i个人围成一圈时最后一个报数的人

很显然f[i]=(f[i-1]+m-1)%i+1;//此处m需先减1是为了让模i的值不为0

这样很容易求最后剩下的一个人是谁

1  for (int i = 1; i <= n; i++)
2         k = (k + m - 1) % i + 1; 
3 由于求最后一个人的编号,所以没有必要开个数组f[]

这个做法还可以优化

如果我们观察上述算法中的变量k,他的初始值为第一个出圈人的编号,

但在循环的过程中,我们会发现它常常处在一种等差递增的状态,

看这个式子:k = (k + m - 1) % i + 1,可以看出,当i比较大而k+m-1比较小的时候,k就处于一种等差递增的状态,

这个等差递增的过程并不是必须的,可以跳过。
我们设一中间变量x,列出如下等式:
k + m * x – 1 = i + x
解出x,令k = k + m * x,将i + x直接赋值给 i,这样就跳过了中间共x重的循环,从而节省了等差递增的时间开销。
可是其中求出来的x + i可能会超过n,这样的结果事实上已经告诉我们此时可以直接结束算法了,即:
k = k + m * (n - i) ;
i = n;
结束。
另外对于m = 1的情况可以单独讨论:
当k == 1时,最终结果就是n;
当k != 1时,最终结果就是(k + n - 1) % n。

 1 int work(int n,int m,int k)  2 {  3     int x=0;  4     if(m==1)  5  {  6         if(k==1) k=n;  7         else k=(k+n-1)%n;  8     }else{  9         for(int i=1;i<=n;++i) 10  { 11             if((k+m)<i) 12  { 13                 x=(i-k+1)/(m-1)-1;//减一是之后for循环里i++会加回去
14                 if(i+x<n) i=i+x,k=k+m*x; 15                 else k=k+m*(n-i),i=n; 16  } 17             k=(k+m-1)%i+1; 18  } 19  } 20     return k; 21 } 

该算法的算法复杂度在m<n时已经与一个圈中的人数n没有关系了,

即使在n=2000000000,m=3,k=1的情况下,也只做了54次循环,

事实上,大多数的情况都是m<n,且m相对来说很小,此时,这个算法的复杂度仅为O(m);

但当而m>=n时,用方程求出的值不能减少循环重数,算法复杂度仍为O(n)。

做法三:

STL优化,比如vector,

至于详解,自己想吧,可以看我的关于vector的博客哦😀💪

 


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