圆圈中最后剩下的数字(约瑟夫环问题)
约瑟夫环
这是一道典型的约瑟夫环问题,而约瑟夫问题的一般形式是这样的:
约瑟夫问题是个有名的问题:N个人围成一圈,从第一个开始报数,第M个将被杀掉,最后剩下一个,其余人都将被杀掉。例如N=6,M=5,被杀掉的顺序是:5,4,6,2,3。
如果我们采用暴力解法,采用计数的方式来求出最后存活的人,不难写出下面的代码:
int lastRemaining(int n, int m){ //开辟数组,同时每个位置的值都初始化为下标 int *nums = (int*)malloc(sizeof(int) * n); for (int i=0; i<n; i++) nums[i] = i; int ret; //返回值 int count_del = 0; //记录已经删除人的个数 int count_m = 0; //用来报数 int index = 0; //记录下标 //每杀一个人就将这个位置的数据置为-1 while (count_del < n) { if (index < n) { //如果当前位置是正数,就将这个位置置为-1,同时报一次数 if (nums[index] >= 0) { index++; count_m++; } //否则直接跳到下一个数 else index++; } //如果报的数等于m,就要杀index前的一个人,同时将报的数置0 if (count_m == m) { count_m = 0; nums[index - 1] = -1; count_del++; } //如果index越界,那么重新返回数组头 if (index >= n) index = 0; //如果杀的人达到了n-1,那么就只剩下了最后一人,即index的位置 if (count_del == n - 1) ret = nums[index]; } //释放空间 free(nums); return ret; }
这种写法有一个特点:我们是在不断模拟整个杀人的过程,从第一个杀到最后一个,时间复杂度高达O(nm)
,当n, m
达到上万,上十万的时候,我们就无法在短时间内得到正确的结果了。我们应该清楚,题目只是让我们得到最后生还者的位置,而不是让我们模拟整个杀人的过程,因此我们应该将重点放在生还者的位置变化这一点上。
思路
我们可以将这个问题换一种说法:
N个人围成一圈,第一个人从1开始报数,报M的将被杀掉,下一个人接着从1开始报。如此反复,最后剩下一个,求最后的胜利者。
我们定义F(n, m)
表示幸存者的下标。
先来模拟一下n = 8, k = 3
这一种情况:
我们应该清楚,当仅存一个人(F(1,3)
)时,这个人就是幸存者,而幸存者的下标一定是0。那么我们是否可以这样认为:我们可以从F(1,3)
开始,知道每轮杀m
个人后,反向递推,直到反向推出F(n,3)
,即存在n
个人时幸存者的位置。
事实上,就应该这样做:
我们假设当前幸存者的位置为index
,上一轮幸存者的位置为pos
,报数人数为m
,上一轮的总人数为n
,那么我们可以得到如下关系式:
pos = (index + m) % n
实现代码:
int lastRemaining(int n, int m){ int pos = 0; //当只有一个人时,幸存者的下标为0 //i表示上一轮的总人数 for (int i=2; i<=n; i++) pos = (pos + m) % i; return pos; }