刷题 - 约瑟夫问题 -模拟过程及简单求解

约瑟夫问题

约瑟夫问题表述如下:假定有N个人围成一个环,并对每个人进行顺序编号,我们设定一个数字M,M<=N,从第一个人开始报数,报到M后这个人出列,剩下的人继续从1开始报数,报到M出列,依次进行下去,直到所有的人都出列。

模拟约瑟夫全过程:

模拟约瑟夫问题的全过程,记录出列的人的顺序,模拟约瑟夫问题的方法可以用链表也可以用数组,在此我们用数组的方式给出模拟约瑟夫问题的过程:

假定共有N个人,我们申请一个大小为N的数组,这个数组每个位置依次对应着编号为1、2、3、....、N的人,则数组编号为 i 的下一个人对应的编号为 (i+1) % N,这里我们要注意的是数组的下标是从0开始的,因此数组编号对应的人的编号需+1。

我们设定数组存储的值为0/1,首先初始化数组内的值为0,代表数组内所有人都没有出列,1代表该位置的人出列了。模拟约瑟夫问题的过程就是循环遍历数组:初始化一个标志位flag=0,从第0个人开始,每遍历一个0,flag+1,遍历到1,flag不变,直到flag=M时,将当前编号的人出列,即当前位置的数组置1,而后flag归零,循环继续,推出循环的条件时数组内0的数目为0

给出约瑟夫问题C++代码:

class Solution {
public:
    void Josephus(int N,int M){
        //初始化一个约瑟夫环数组,初始化0
        int* circleArray = (int*)calloc(sizeof(int),N);
        int flag = 0;//记录约瑟夫每个子过程的计数;
        int index = 0;//当前遍历的位置
        int alive = N;//剩余未出列的人数,用于循环判断
        //模拟约瑟夫过程
        while(alive>0){
            flag = flag + (1-circleArray[index]);//index位置没有出列,flag+1,index出列,flag+0
            //达到了M,当前报数的人出列
            if(flag == M){
                circleArray[index] = 1;//出列
                flag = 0;//重新计数
                alive--;//剩余人数-1
                //出列的人对应的真实编号未index+1
                printf("%d", index+1);
            }
            //继续遍历
            index = (index +1) % count;	
        }
        free(circleArray);
    }
};

模拟约瑟夫问题的全过程是一个循环遍历的过程,随着N和M的增大,算法复杂度为O(NM),一种典型的约瑟夫问题不要求把出队的全过程都给出结果,只需要给出最后一个出列的人即可。

假定1、2、3、...、N的人,编号为0 .... N-1,设第k=M%N个人(编号为k-1)出列后剩下的N-1个人组成了一个新的约瑟夫环,编号分别为:

                                                k、k+1、k+2、...、N-2、N-1、0、1、2、...、k-2    (1)

对这个约瑟夫环中的数重新从0开始编号:

                                               k =》0    k+1 =》1    k+2=》2   .......      k-2 =》N-2   (2)

假定当前N-1个人对应对应的问题结果是x,则根据公式(2),如果箭头右边为x,对应左边的值为k+x,因此结果N个人的情况的结果为(x+k)%N = (x+M%N)%N,化简上式为:

                                                                                 (x+M)%N;

由此我们就得到了递推公式:

f[1] = 0; //当一个人的时候,出队人员编号为0

f[n] = (f[n-1] + M)%N  //m表示每次数到该数的人出列,n表示当前序列的总人数

class Solution {
public:
    int LastRemaining_Solution(unsigned int n, unsigned int m){
        if(n==0)
            return -1;
        if(n==1)
            return 0;
        else
            return (LastRemaining_Solution(n-1,m)+m)%n;
    }
};

 

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