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算法之约瑟夫问题

算法之约瑟夫问题

作者: 三雒 | 来源:发表于2021-07-03 01:00 被阅读0次

    把我上学时候在csdn上的笔记搬过来了,便于自己查找

    经典的约瑟夫问题

    题目:假设下标从0开始,0,1,2 .. n-1共n个人,从1开始报数,报到m则此人从环中退出,下一个人重新从1开始报数,以此类推,问最后剩下的一个人的编号是多少?

    分析:
    看到这个题目,我想最简单的思路就是写个程序模拟这个过程,最终产生结果。
    首先我们需要一个长度为n的数组,每个位置有两个状态分别表示该处的人是否退出,可以选择boolean型。需要一个变量i来移动反复遍历数组,变量s来计数是否达到m,还需要一个变量count来计数环内到底还有几个人,以终止遍历。

    算法如下:

    public static int yueSe(int n, int m) {
            //true 表示退出 ,false表示没有退出
            boolean[] arr = new boolean[n];
            int i = 0;
            int s = 1;
            int count = n;
            while (count > 0) {
                i++;
                if (i > n - 1) {
                    i = 0;
                }
                if (!arr[i]) {
                    s++;
                    if (s == m) {
                        s = 0;
                        arr[i] = true;
                        System.out.print(i+" ");
                        count--;
                    }
                }
            }
            return i;
        }
    
    

    但是这种算法我们分析出它每删除一个元素循环就要进行m次,那么总的时间复杂度就是O(mn) ,并不理想。题目只是要求我们求出最后一个人的编号,我们可以另辟蹊径。

    我们知道第一个人(编号一定是(m-1)%n) 出列之后,剩下的n-1个人组成了一个新的约瑟夫环(以编号为k=m mod n的人开始):
    k ,k+1, k+2 … n-2, n-1, 0, 1, 2 , … ,k-2
    我们把他们的编号做一下转换:
    k –> 0
    k+1 –> 1
    k+2 –> 2


    k-2 –> n-2

    那么变换之后问题变成了和原问题一样的问题只是规模变成了n-1,照这个思路下去最终数组长度变为1,转换之后的角标为0;这时候只要我们倒着推0转换前的角标为x,x转换前的角标为x’,x’转换前的角标为x”,有灵感了没有这么递推的话只要我们递归n-1次即可得到我们想要的角标。

    关键是这个递推公式是什么呢?
    我们可以先看正着递推的思路,假设当前角标为x那么改变后的角标y为
    y=(x+n-k)%n ,其中k=m
    那么倒推得公式即为
    x=(y+k)%n ,这里对于一般情况我们要理解n是删除前的数组长度。
    算法如下:

    public static int yueSe2(int n,int m){
            int f=0;
            for(int i=2;i<=n;i++){
                f=(f+m)%i;
            }
            return f;
        }
    

    网易笔试题(约瑟夫问题变形)

    题目:小明同学把1到n这n个数字按照一定的顺序放入了一个队列Q中。现在他对队列Q执行了如下程序:

    while(!Q.empty())              //队列不空,执行循环
    
    {
    
        int x=Q.front();            //取出当前队头的值x
    
        Q.pop();                 //弹出当前队头
    
        Q.push(x);               //把x放入队尾
    
        x = Q.front();              //取出这时候队头的值
    
        printf("%d\n",x);          //输出x
    
        Q.pop();                 //弹出这时候的队头
    
    }
    

    做取出队头的值操作的时候,并不弹出当前队头。
    小明同学发现,这段程序恰好按顺序输出了1,2,3,…,n。现在小明想让你构造出原始的队列,你能做到吗?

    这个题目虽然是取出一个放到队列尾,删除接下来一个,但是仔细一想其实这个问题和约瑟夫问题是一样的,而且m=2。但是这个题是要确定所有位置的出场顺序,目前博主没有找到O(n)的解法,不多做分析啦,相信大家一看就懂,代码如下

    public static void answer(int n) {
            int[] arr = new int[n];
            int count = 0;
            int i = 0;
            int s = 1;
            while (count < n) {
                i++;
                if (i > n - 1) {
                    i = 0;
                }
                if (arr[i] == 0) {
                    s++;
                }
                if (s == 2) {
                    s = 0;
                    count++;
                    arr[i] = count;
                }
            }
            for (int j = 0; j < n - 1; j++) {
                System.out.print(arr[j] + " ");
            }
            System.out.print(arr[n - 1]);
        }
    

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