約瑟夫環問題
約瑟夫環(josephus)問題是由古羅馬的史學家約瑟夫(josephus)提出的,他參加並記錄了公元66—70年猶太人反抗羅馬的起義。約瑟夫作為乙個將軍,設法守住了裘達伯特城達47天之久,在城市淪陷之後,他和40名死硬的將士在附近的乙個洞穴中避難。在那裡,這些叛亂者表決說「要投降毋寧死」。於是,約瑟夫建議每個人輪流殺死他旁邊的人,而這個順序是由抽籤決定的。約瑟夫有預謀地抓到了最後一簽,並且,作為洞穴中的兩個倖存者之一,他說服了他原先的犧牲品一起投降了羅馬。
約瑟夫環問題的具體描述是:設有編號為1,2,……,n的n(n>0)個人圍成乙個圈,從第1個人開始報數,報到m時停止報數,報m的人出圈,再從他的下乙個人起重新報數,報到m時停止報數,報m的出圈,……,如此下去,直到所有人全部出圈為止。當任意給定n和m後,設計演算法求n個人出圈的次序。
c**
#include
main()
/*運用了一點數學策略 n=8 m=3 倖存為7 ;少於3的時候還可以數,因為為乙個環;從他的下乙個人起重新報數*/
已知n個人(以編號1,2,3...n分別表示)圍坐在一張圓桌周圍。從編號為k的人開始報數,數到m的那個人出列;他的下乙個人又從1開始報數,數到m的那個人又出列;依此規律重複下去,直到圓桌周圍的人全部出列。
這個就是約瑟夫環問題的實際場景,有一種是要通過輸入n,m,k三個正整數,來求出列的序列。這個問題採用的是典型的迴圈鍊錶的資料結構,就是將乙個鍊錶的尾元素指標指向隊首元素。 p->link=head
解決問題的核心步驟:
1.建立乙個具有n個鏈結點,無頭結點的迴圈鍊錶
2.確定第1個報數人的位置
3.不斷地從鍊錶中刪除鏈結點,直到鍊錶為空
void josephus(int n,int k,int m) //n為總人數,k為第乙個開始報數的人,m為出列者喊到的數
p>link=list; /*使鍊錶迴圈起來*/
p=list; /*使p指向頭節點*/
/*把當前指標移動到第乙個報數的人*/
for(i=0;ilink;
} /*迴圈地刪除佇列結點*/
while(p->link!=p)
r->link=p->link;
printf("被刪除的元素:%4d ",p->data);
free(p);
p=r->link;
} printf("/n最後被刪除的元素是:%4d",p->data);
} 證明:
josephus(約瑟夫)問題的數學方法***約瑟夫 **)
無論是用鍊錶實現還是用陣列實現都有乙個共同點:要模擬整個
遊戲過程,不僅程式寫起來比較煩,而且時間複雜度高達o(nm),當n
,m非常大(例如上百萬,上千萬)的時候,幾乎是沒有辦法在短時間
內出結果的。我們注意到原問題僅僅是要求出最後的勝利者的序號,
而不是要讀者模擬整個過程。因此如果要追求效率,就要打破常規,
實施一點數學策略。
為了討論方便,先把問題稍微改變一下,並不影響原意:
問題描述:n個人(編號0~(n-1)),從0開始報數,報到(m-1)的退出
,剩下的人繼續從0開始報數。求勝利者的編號。
我們知道第乙個人(編號一定是m%n-1) 出列之後,剩下的n-1個人組
成了乙個新的約瑟夫環(以編號為k=m%n的人開始):
k k+1 k+2 ... n-2, n-1, 0, 1, 2, ... k-2
並且從k開始報0。
現在我們把他們的編號做一下轉換:
k --> 0
k+1 --> 1
k+2 --> 2
...
...
k-2 --> n-2
k-1 --> n-1
變換後就完完全全成為了(n-1)個人報數的子問題,假如我們知道這
個子問題的解:例如x是最終的勝利者,那麼根據上面這個表把這個x
變回去不剛好就是n個人情況的解嗎?!!變回去的公式很簡單,相
信大家都可以推出來:x『=(x+k)%n
如何知道(n-1)個人報數的問題的解?對,只要知道(n-2)個人的解就
行了。(n-2)個人的解呢?當然是先求(n-3)的情況 ---- 這顯然就是
乙個倒推問題!好了,思路出來了,下面寫遞推公式:
令f表示i個人玩遊戲報m退出最後勝利者的編號,最後的結果自然
是f[n]
遞推公式
f[1]=0;
f=(f[i-1]+m)%i; (i>1)
有了這個公式,我們要做的就是從1-n順序算出f的數值,最後結
果是f[n]。因為實際生活中編號總是從1開始,我們輸出f[n]+1
由於是逐級遞推,不需要儲存每個f,程式也是異常簡單:
#include
main()
這個演算法的時間複雜度為o(n),相對於模擬演算法已經有了很大的提高
。算n,m等於一百萬,一千萬的情況不是問題了。可見,適當地運用
數學策略,不僅可以讓程式設計變得簡單,而且往往會成倍地提高演算法執
行效率。
約瑟夫問題 約瑟夫環
約瑟夫 問題 有時也稱為約瑟夫斯置換,是乙個出現在電腦科學和數學中的問題。在計算機程式設計的演算法中,類似問題又稱為約瑟夫環。又稱 丟手絹問題 據說著名猶太歷史學家 josephus有過以下的故事 在羅馬人占領喬塔帕特後,39 個猶太人與josephus及他的朋友躲到乙個洞中,39個猶太人決定寧願死...
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約瑟夫問題 有時也稱為約瑟夫斯置換,是乙個出現在電腦科學和數學中的問題。在計算機程式設計的演算法中,類似問題又稱為約瑟夫環。又稱 丟手絹問題 據說著名猶太歷史學家 josephus有過以下的故事 在羅馬人占領喬塔帕特後,39 個猶太人與josephus及他的朋友躲到乙個洞中,39個猶太人決定寧願死也...
約瑟夫環問題
約瑟夫環問題 問題描述 編號是1,2,n的n個人按照順時針方向圍坐一圈,每個人持有乙個密碼 正整數 一開始任選乙個正整數作為報數上限值m,從第乙個人開始順時針方向自1開始順序報數,報到m時停止報數。報m的人出列,將他的密碼作為新的m值,從他在順時針方向的下乙個人開始重新從1報數,如此下去,直到所有人...