《程序員面試代碼指南》之約瑟夫環問題

題目:給定一個鏈表,一個整數m,從表頭開始報數,每次報到m就該節點從鏈表中去掉。
輸出最後剩下的節點。

普通做法,就是遍歷,當計數到m時把該節點刪去,然後繼續維持環狀。

時間複雜度O(m*n)

在上面的算法中,我們花費了太多時間去刪除那些要去掉的節點,因爲我們不知道最後會剩下哪個節點。

進階算法:O(n)
(1)遍歷一遍列表得到列表的長度。
假如列表中有n = 11個node。
從頭到尾可以計數成 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
給定 整數m = 4;

首先 我們需要知道這個列表中節點報的數。
也就是:
A:1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
B:1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3

寫出A到B的轉換公式;
不難看出
if(A%m==0){ B = m ;}
else{B = A%m;}
但實際上可以寫成數學公式 B = (A-1)%m + 1 (*公式1)

刪除節點s = 4 的後 鏈表中節點的ID就變爲:
A:1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
C:8 9 10 X 1 2 3 4 5 6 7

A - C 的公式:
可能一下看不出來,
if(A > s){C = A-s}
else{ C = (A + n - s)%n } (也就是11-4 = 7)
綜合起來就是 C =(A + n - s)%n (*公式2)

YOU了這兩個公式 ,我們能幹什麼。
能夠只需要一個長度就能算出最後剩下節點的位置。而省去了其中對鏈表的操作。
怎樣得到:
假設我們已經知道當長度爲i - 1是存活的ID是p

A:1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
C:8 9 10 X 1 2 3 4 5 6 7
假設我們知道當序列爲10的時候,m=4的時候存活下來的是p = 3,
那麼p就是這裏的C,C轉化爲A就可以根據前面的公式依樣畫葫蘆。

8 9 10 對應 1 2 3 可以直觀想到mod 7(n-s)
而1 - 7則是 1-6加上4在mod 7,而(7+4)mod 11 = 0,所以這和第一點很像:
採用的方式是1-7的數先減一再mod 11 再加1。
根據這點還可以看出 8 9 10 也可以寫成4 再mod 1
所以寫成公式就是 A = (C + 4 -1)%11 + 1 —–> A = (C + m - 1)% n +1

這個公式是最終的公式,前面的公式只是對我們解題起知道作用。

回到前面,如果我們知道序列10中剩下來的是p=3,那麼在找序列11剩下來的ID我們只需要,找到刪去第4個節點後,重新排序成狀態C的時候,ID爲3的原始位置,也就是7。
於是 :

代碼可以這麼寫:

public int getlive(int n,int m){
    if(n == 1){return 1;}
    return (getlive(n-1,m)+m-1)%n+1;
}

然後操作鏈表部分的工作,就是小case了。

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