剑指offer 学习笔记 圆圈中最后剩下的数字
面试题62:圆圈中最后剩下的数字。0、1、…、n-1这n个数字排成一个圆圈,从数字0开始,每次从这个圆圈里删除第m个数字。求出这个圆圈里剩下的最后一个数字。
本题就是约瑟夫环问题。
法一:用环形链表模拟圆圈,我们可以直接用标准库的list模拟环形链表,但标准库的list不是环形的,但我们可以在迭代器扫描到链表末尾时将该迭代器移动到链表头部,以此来模拟环形链表:
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int LastRemaining(unsigned n, unsigned m) {
if (n < 1 || m < 1) {
return -1;
}
list<int> ilst;
for (int i = 0; i < n; ++i) {
ilst.push_back(i);
}
list<int>::iterator curr = ilst.begin();
while (ilst.size() != 1) {
for (int i = 1; i < m; ++i) {
++curr;
if (curr == ilst.end()) {
curr = ilst.begin();
}
}
list<int>::iterator next = ilst.erase(curr);
if (next == ilst.end()) {
curr = ilst.begin();
} else {
curr = next;
}
}
return *curr;
}
int main() {
cout << LastRemaining(5, 3) << endl;
}
每删除一个数字需要m步,一共需要删除O(n)个元素,因此时间复杂度为O(mn),并且还需要O(n)的辅助空间。
法二:首先定义一个方程f(n,m)表示在0~n-1这n个数字中删除第m个数字最后剩下的数字。第一个删除的数字是下标为(m-1)%n的数字,将其记为k,之后,剩下k+1~n-1和0~k-1,删除一个数字之后的数列与最开始的数列最后剩下的数字是一样的,我们把删除一个数字之后的序列最后剩下的数字记为f1(n-1,m),则有f(n,m)=f1(n-1,m)。
我们把剩下的n-1个数字序列重新排序,其结果为:
之后再从序列中删除下标为(m-1)%n的元素,n为当前序列的总数。这样循环的边界条件应该是序列中只剩下最后一个数字,此时,f(1,m)=0,即当只有一个数字时,最后一个出列的数字是它本身,即下标为0的元素。
现在考虑最后一个出列的数字在两个数的数列中的位置,它应该位于倒数第一个出列的数字位置x之后的m个位置,即f(2,m)=f(1)+m,但这个位置可能超出了序列长度,又因为序列是环形的,因此f(2)=(f(1)+m)%2,于是我们得到递推公式:f(n,m)=(f(n-1,m)+m)%n,n>1,当n=1时,f为0:
#include <iostream>
using namespace std;
int LastRemaining(int n, int m) {
if (n < 1 || m < 1) {
return -1;
}
int res = 0;
for (int i = 2; i <= n; ++i) {
res = (res + m) % i;
}
return res;
}
int main() {
cout << LastRemaining(5, 3) << endl;
}
这种方法的时间复杂度为O(n),空间复杂度为O(1)。
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