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无论是用链表实现还是用数组实现都有一个共同点:要模拟整个游戏过程,不仅程序写起来比较烦,而且时间复杂度高达O(nm),当n,m非常大(例如上百万,上千万)的时候,几乎是没有办法在短时间内出结果的。我们注意到原问题仅仅是要求出最后的胜利者的序号,而不是要读者模拟整个过程。因此如果要追求效率,就要打破常规,实施一点数学策略。

为了讨论方便,先把问题稍微改变一下,并不影响原意:
问题描述:n个人(编号0~(n-1)),从0开始报数,报到(m-1)的退出,剩下的人继续从0开始报数。求胜利者的编号。

我们知道第一个人(编号一定是m%n-1) 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%n的人开始):

  k  k+1  k+2  ... n-2, n-1, 0, 1, 2, ... k-2并且从k开始报0。

现在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

k-1   --> n-1

变换后就完完全全成为了(n-1)个人报数的子问题,假如我们知道这个子问题的解:例如x是最终的胜利者,那么根据上面这个表把这个x变回去不刚好就是n个人情况的解吗?!!变回去的公式很简单,相信大家都可以推出来:x'=(x+k)%n

如何知道(n-1)个人报数的问题的解?对,只要知道(n-2)个人的解就行了。(n-2)个人的解呢?当然是先求(n-3)的情况 ---- 这显然就是一个倒推问题!好了,思路出来了,下面写递推公式:

令f[i]表示i个人玩游戏报m退出最后胜利者的编号,最后的结果自然是f[n]

递推公式

f[1]=0;

f[i]=(f[i-1]+m)%i;  (i>1)

有了这个公式,我们要做的就是从1-n顺序算出f[i]的数值,最后结果是f[n]。因为实际生活中编号总是从1开始,我们输出f[n]+1

由于是逐级递推,不需要保存每个f[i],程序也是异常简单:

#include <stdio.h>

int main(){

  int n, m, i, s=0;

  printf ("N M = "); scanf("%d%d", &n, &m);

  for (i=2; i<=n; i++) s=(s+m)%i;

  printf ("The winner is %d\n", s+1);

}

这个算法的时间复杂度为O(n),相对于模拟算法已经有了很大的提高。算n,m等于一百万,一千万的情况不是问题了。可见,适当地运用数学策略,不仅可以让编程变得简单,而且往往会成倍地提高算法执行效率。

int josefus(int n,int m) {
    int l=0,c;
    for(c=1;c<=n;c++)
        l=(l+m-1)%c+1;
    return l;
}

经典解法:
n个人围成一圈,从1数到m,从第k个人开始数起:
typedef struct LNode
{
    
int data;
    
struct LNode *link;
}
LNode, *LinkList;

void JosephusRing3(int n, int k, int m)
{
    LinkList p,r,curr;
    p 
= (LinkList)malloc(sizeof(LNode));
    p
->data = 1;
    p
->link = p;
    curr 
= p;

    
for (int i=2; i<n+1++i)
    
{
        LinkList t 
= (LinkList)malloc(sizeof(LNode));
        t
->data = i;
        t
->link = curr->link;
        curr
->link = t;
        curr 
= t;
    }


    
while(--k)
    
{
        p
=p->link;
    }


    
while(n--)
    
{
        
for(int i=m; --i; r=p, p=p->link)
        
{
        }

        r
->link = p->link;
        cout
<<"p->data = "<<p->data<<endl;
        free(p);
        p 
= r->link;
    }

}

posted on 2010-09-11 14:56 老马驿站 阅读(273) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: c++algorithm