数论中的Josehus环问题
来源:互联网 发布:淘宝客服奖罚 编辑:程序博客网 时间:2024/04/30 02:07
数论中的Josehus环问题
这个问题吧,其实从我一开始接触到算法的时候,就开始纠结了。但是至今也没真正懂得其本质含义(冏)。所以,只能转一些别人的博客,记录一下,慢慢研究。不过坑爹的是居然很多人的博客的程序是有BUG的,而且是一个BUG的程序被一堆人转载着。其实,我也是其中转载BUG程序的一个。后来,做题的时候才发现了漏洞的。现在就给出一个正确的程序和解释吧。
下面利用数学推导,如果能得出一个通式,就可以利用递归、循环等手段解决。下面给出推导的过程:
(1)第一个被删除的数为 (m - 1) % n。
(2)假设第二轮的开始数字为k,那么这n - 1个数构成的约瑟夫环为k, k + 1, k + 2, k +3, .....,k - 3, k - 2。做一个简单的映射。
k -----> 0
k+1 ------> 1
k+2 ------> 2
...
...
k-2 ------> n-2
这是一个n -1个人的问题,如果能从n - 1个人问题的解推出 n 个人问题的解,从而得到一个递推公式,那么问题就解决了。假如我们已经知道了n -1个人时,最后胜利者的编号为x,利用映射关系逆推,就可以得出n个人时,胜利者的编号为 (x + k) % n。其中k等于m % n。代入(x + k) % n <=> (x + (m % n))%n <=> (x%n + (m%n)%n)%n <=> (x%n+m%n)%n <=> (x+m)%n
(3)第二个被删除的数为(m - 1) % (n - 1)。
(4)假设第三轮的开始数字为o,那么这n - 2个数构成的约瑟夫环为o, o + 1, o + 2,......o - 3, o - 2.。继续做映射。
o -----> 0
o+1 ------> 1
o+2 ------> 2
...
...
o-2 ------> n-3
这是一个n - 2个人的问题。假设最后的胜利者为y,那么n -1个人时,胜利者为 (y + o) % (n -1 ),其中o等于m % (n -1 )。代入可得 (y+m) % (n-1)
要得到n - 1个人问题的解,只需得到n - 2个人问题的解,倒推下去。只有一个人时,胜利者就是编号0。下面给出递推式:
f [1] = 0;
f [ i ] = ( f [i -1] + m) % i; (i>1)
int JosephusProblem_Solution4(int n, int m){if(n < 1 || m < 1)return -1;vector<int> f(n+1,0);for(unsigned i = 2; i <= n; i++)f[i] = (f[i-1] + m) % i;return f[n];}
还有一个高深的链表法:
struct ListNode{int num; //编号ListNode *next; //下一个ListNode(int n = 0, ListNode *p = NULL) { num = n; next = p;}};//自定义链表实现int JosephusProblem_Solution1(int n, int m){if(n < 1 || m < 1)return -1;ListNode *pHead = new ListNode(); //头结点ListNode *pCurrentNode = pHead; //当前结点ListNode *pLastNode = NULL; //前一个结点unsigned i;//构造环链表for(i = 1; i < n; i++){pCurrentNode->next = new ListNode(i);pCurrentNode = pCurrentNode->next;}pCurrentNode->next = pHead;//循环遍历pLastNode = pCurrentNode;pCurrentNode = pHead;while(pCurrentNode->next != pCurrentNode){//前进m - 1步for(i = 0; i < m-1; i++){pLastNode = pCurrentNode;pCurrentNode = pCurrentNode->next;}//删除报到m - 1的数pLastNode->next = pCurrentNode->next;delete pCurrentNode;pCurrentNode = pLastNode->next;}//释放空间int result = pCurrentNode->num;delete pCurrentNode;return result;}
标准库法:
//使用标准库int JosephusProblem_Solution2(int n, int m){if(n < 1 || m < 1)return -1;list<int> listInt;unsigned i;//初始化链表for(i = 0; i < n; i++)listInt.push_back(i);list<int>::iterator iterCurrent = listInt.begin();while(listInt.size() > 1){//前进m - 1步for(i = 0; i < m-1; i++){if(++iterCurrent == listInt.end())iterCurrent = listInt.begin();}//临时保存删除的结点list<int>::iterator iterDel = iterCurrent;if(++iterCurrent == listInt.end())iterCurrent = listInt.begin();//删除结点listInt.erase(iterDel);}return *iterCurrent;}
再次声明,此文代码和解释非原创。
给出一题说是模板题的题吧,纠结了好久,最后才知道。
题目链接:Click Here~
#include <iostream>#include <cstdio>#include <cstring>using namespace std;int Josehus(int n,int m){ int s = 0; //第一个人的编号 for(int i = 2;i <= n;++i) //遍历的是总人数,与编号没有任何关系!!! s = (s+m)%i; return s; //返回最后一个人的编号}int main(){ int n; while(scanf("%d",&n),n) { int m = 2; /*假设编号为1的已经出列,则此时从2开始重新编号为1。 所以,此时总人数应该是N-1.而且,我们知道我们在求解的时候 是假设第一个人的编号为0的。所以,现在如果要2是最后出列的则 需要在Josehus的函数中返回第一个值,即0*/ while(Josehus(n-1,m)!=0)m++; printf("%d\n",m); } return 0;}
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