約瑟夫環問題兩解

2021-06-14 21:12:56 字數 3000 閱讀 6017

原文:

繼續筆試準備ing……分享一下昨天做到的其中一題,其實題目很老,也做過n遍了,但複習起來也是頗有韻味,同時還發現另一種妙解,感覺不錯的。

問題描述:

約瑟夫環問題(josephus)

使用者輸入m,n值,從1至n開始順序迴圈數數,每數到m輸出該數值,直至全部輸出。寫出c程式。(約瑟夫環問題 josephus)

解法一(my solution):

思想:建立乙個有n個元素的迴圈鍊錶,然後從煉表頭開始遍歷並記數,如果計數i==m(i初始為1)踢出元素,繼續迴圈,當當前元素與下一元素相同時退出迴圈。

**:/*2

約瑟夫環問題(josephus)

3使用者輸入m,n值,從1至n開始順序迴圈數數,每數到m輸出該數值,直至全部輸出。寫出c程式。(約瑟夫環問題 josephus)

4code by eric yang 2009

5 6*/7

#include 

<

stdio.h

>

8#include 

<

stdlib.h

>910

//鍊錶節點

11typedef 

struct

_ringnode

12ringnode, 

*ringnodeptr;

1617

//建立約瑟夫環,phead:煉表頭指標,count:鍊錶元素個數

18void

createring(ringnodeptr phead, 

intcount)

1931

pcurr

->

next 

=phead;  

//構成環狀鍊錶32}

3334

void

printring(ringnodeptr phead)

3546}47

48void

kickfromring(ringnodeptr phead, 

intm)

4964

pprev 

=pcurr;

65pcurr 

=pcurr

->

next;

66if

(pprev 

==pcurr)

6773i++

;74}75

}7677int

main()

7892

//建立鍊錶

93phead 

=(ringnodeptr)malloc(

sizeof

(ringnode));

94phead

->

pos =1

;95phead

->

next 

=null;

96createring(phead, n);

97#ifdef _debug

98printring(phead);

99#endif

100101

//開始出圈

102printf(

"\nkick order: ");

103kickfromring(phead, m);    

104printf("\n

");105system(

"pause");

106return0;

107}

108解法二(from net):

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[i]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[i]=(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[i]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[i],程式也是異常簡單:

#include 

<

stdio.h

>

2int

main()311

printf (

"\nthe winner is %d\n

", s+1

);12

}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。

相比之下,解法二的優越性不言而喻,同時說明數學確實很重要。

約瑟夫環問題兩解

問題描述 約瑟夫環問題 josephus 使用者輸入m,n值,從1至n開始順序迴圈數數,每數到m輸出該數值,直至全部輸出。寫出c程式。約瑟夫環問題 josephus 解法一 my solution 思想 建立乙個有n個元素的迴圈鍊錶,然後從煉表頭開始遍歷並記數,如果計數i m i初始為1 踢出元素,...

約瑟夫環問題兩解

約瑟夫環問題 josephus 使用者輸入m,n值,從1至n開始順序迴圈數數,每數到m輸出該數值,直至全部輸出。寫出c程式。約瑟夫環問題 josephus 解法一 my solution 約瑟夫環問題 josephus 使用者輸入m,n值,從1至n開始順序迴圈數數,每數到m輸出該數值,直至全部輸出。...

約瑟夫環問題兩解

繼續筆試準備ing 分享一下昨天做到的其中一題,其實題目很老,也做過n遍了,但複習起來也是頗有韻味,同時還發現另一種妙解,感覺不錯的。問題描述 約瑟夫環問題 josephus 使用者輸入m,n值,從1至n開始順序迴圈數數,每數到m輸出該數值,直至全部輸出。寫出c程式。約瑟夫環問題 josephus ...