每日一题——圆圈中最后剩下的数字(约瑟夫环问题)

简介: 每日一题——圆圈中最后剩下的数字(约瑟夫环问题)

圆圈中最后剩下的数字(约瑟夫环问题)

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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;
}
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