約瑟夫環


問題描述

已知n個人(以編號1,2,3,...,n分別表示)圍坐在一張圓桌上。

指定編號為k的人開始從1報數,數到m的那個人出列;

出列那個人的下一位又從1開始報數,數到m的那個人出列;

以此規則重復下去,直到圓桌上的人全部出列

做法一:

簡單的用鏈表模擬

 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 } 

 顯而易見,復雜度O(n^m)

做法二:

遞推的方法

我們知道,當n個人中第一個人出列之后,就剩下了n-1個人,在剩下n-2個,n-3,……,1

當n個人圍成一圈並以m為步長第一次報數時,第m個人出列,此時就又組成了一個新的,人數為n-1的約瑟夫環,

要求n個人的約瑟夫環問題的解,就依賴於求n-1個人的約瑟夫問題的解,

要求n-2個人的約瑟夫問題的解,則依賴於求n-2個人的約瑟夫問題的解,

依次類推,直至求1個人的時候,該問題的解。

我們設f[1]為1個人時的解,顯而易見,f[1]=1;//f[i]表示i個人圍成一圈時最后一個報數的人

很顯然f[i]=(f[i-1]+m-1)%i+1;//此處m需先減1是為了讓模i的值不為0

這樣很容易求最后剩下的一個人是誰

1  for (int i = 1; i <= n; i++)
2         k = (k + m - 1) % i + 1; 
3 由於求最后一個人的編號,所以沒有必要開個數組f[]

這個做法還可以優化

如果我們觀察上述算法中的變量k,他的初始值為第一個出圈人的編號,

但在循環的過程中,我們會發現它常常處在一種等差遞增的狀態,

看這個式子:k = (k + m - 1) % i + 1,可以看出,當i比較大而k+m-1比較小的時候,k就處於一種等差遞增的狀態,

這個等差遞增的過程並不是必須的,可以跳過。
我們設一中間變量x,列出如下等式:
k + m * x – 1 = i + x
解出x,令k = k + m * x,將i + x直接賦值給 i,這樣就跳過了中間共x重的循環,從而節省了等差遞增的時間開銷。
可是其中求出來的x + i可能會超過n,這樣的結果事實上已經告訴我們此時可以直接結束算法了,即:
k = k + m * (n - i) ;
i = n;
結束。
另外對於m = 1的情況可以單獨討論:
當k == 1時,最終結果就是n;
當k != 1時,最終結果就是(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;//減一是之后for循環里i++會加回去
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 } 

該算法的算法復雜度在m<n時已經與一個圈中的人數n沒有關系了,

即使在n=2000000000,m=3,k=1的情況下,也只做了54次循環,

事實上,大多數的情況都是m<n,且m相對來說很小,此時,這個算法的復雜度僅為O(m);

但當而m>=n時,用方程求出的值不能減少循環重數,算法復雜度仍為O(n)。

做法三:

STL優化,比如vector,

至於詳解,自己想吧,可以看我的關於vector的博客哦😀💪

 


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