约瑟夫环

1.背景资料

是一个数学的应用问题：

    已知n个人（以编号1，2，3...n分别表示）围坐在一张圆桌周围。从编号为k的人开始报数，数到m的那个人出列；他的下一个人又从1开始报数，数到m的那个人又出列；依此规律重复下去，直到圆桌周围的人全部出列。

链表方法

   这个就是约瑟夫环问题的实际场景，有一种是要通过输入n,m,k三个正整数，来求出列的序列。这个问题采用的是典型的循环链表的数据结构，就是将一个链表的尾元素指针指向队首元素。 p->link=head

   解决问题的核心步骤：
       1.建立一个具有n个链结点，无头结点的循环链表
       2.确定第1个报数人的位置
       3.不断地从链表中删除链结点，直到链表为空

void JOSEPHUS(int n,int k,int m) //n为总人数，k为第一个开始报数的人，m为出列者喊到的数
{
    /* p为当前结点  r为辅助结点，指向p的前驱结点  list为头节点*/
    LinkList p,r,list;

    /*建立循环链表*/
    for(int i=0,i<n,i++)
    {
        p=(LinkList)malloc(sizeof(LNode));
        p->data=i;
        if(list==NULL)
            list=p;
        else
            r->link=p;
        r=p;
    }
    p>link=list; /*使链表循环起来*/
    p=list; /*使p指向头节点*/

    /*把当前指针移动到第一个报数的人*/
    for(i=0;i<k;i++)
    {
        r=p；
        p=p->link;
    }

    /*循环地删除队列结点*/
    while(p->link!=p)
    {
        for(i=0;i<m;i++)
        {
            r=p;
            p=p->link;
        }
        r->link=p->link;
        printf("被删除的元素：%4d ",p->data);
        free(p);
        p=r->link;
    }
    printf("\n最后被删除的元素是：％4d",P->data);
}

Josephus(约瑟夫)问题的数学方法

     无论是用链表实现还是用数组实现都有一个共同点：要模拟整个
游戏过程，不仅程序写起来比较烦，而且时间复杂度高达O(nm)，当n
，m非常大(例如上百万，上千万)的时候，几乎是没有办法在短时间
内出结果的。我们注意到原问题仅仅是要求出最后的胜利者的序号，
而不是要读者模拟整个过程。因此如果要追求效率，就要打破常规，
实施一点数学策略。
为了讨论方便，先把问题稍微改变一下，并不影响原意：
问题描述：n个人（编号0~(n-1))，从0开始报数，报到(m-1)的退出
，剩下的人继续从0开始报数。求胜利者的编号。
我们知道第一个人(编号一定是m%n-1) 出列之后，剩下的n-1个人组
成了一个新的约瑟夫环（以编号为k=m%n的人开始）:
   k   k+1   k+2   ... n-2, n-1, 0, 1, 2, ... k-2
并且从k开始报0。
现在我们把他们的编号做一下转换：
k      --> 0
k+1    --> 1
k+2    --> 2
...
...
k-2    --> n-2
k-1    --> n-1
变换后就完完全全成为了(n-1)个人报数的子问题，假如我们知道这
个子问题的解：例如x是最终的胜利者，那么根据上面这个表把这个x
变回去不刚好就是n个人情况的解吗？！！变回去的公式很简单，相
信大家都可以推出来：x‘=(x+k)%n
如何知道(n-1)个人报数的问题的解？对，只要知道(n-2)个人的解就
行了。(n-2)个人的解呢？当然是先求(n-3)的情况 ---- 这显然就是
一个倒推问题！好了，思路出来了，下面写递推公式：

令f表示i个人玩游戏报m退出最后胜利者的编号，最后的结果自然
是f[n]
递推公式
f[1]=0;
f=(f[i-1]+m)%i;   (i>1)
有了这个公式，我们要做的就是从1-n顺序算出f的数值，最后结
果是f[n]。因为实际生活中编号总是从1开始，我们输出f[n]+1
由于是逐级递推，不需要保存每个f，程序也是异常简单：
#include <stdio.h>
intmain(void)
{
   intn, m, i, s=0;
   printf ("N M = "); scanf("%d%d", &n, &m);
   for (i=2; i<=n; i++) s=(s+m)%i;
   printf ("The winner is %d\n", s+1);
}
这个算法的时间复杂度为O(n)，相对于模拟算法已经有了很大的提高
。算n，m等于一百万，一千万的情况不是问题了。可见，适当地运用
数学策略，不仅可以让编程变得简单，而且往往会成倍地提高算法执
行效率。