约瑟夫环问题
问题描述:n个人(编号从1到n),从1开始报数,报到m的退出,剩下的人继续从1开始报数。求胜利者的编号。
- C语言指针版本
1: #include <stdio.h>2: #include <stdlib.h>3:
4: int main()5: {
6: int n,m;7: printf("请输入n和m的值:");8: scanf("%d %d",&n,&m);9:
10: int *number = (int *)malloc(sizeof(int)*n);11: int temp;12: for(temp=0 ; temp<n ; ++temp)13: {
14: *(number+temp) = 0; //0代表没没出列,1代表出列15: }16:
17: printf("依次出列的号码为:");18: int count;19: for(count=0,temp=0 ; count<n ; ++count,temp = (temp+1)%n)20: {
21: for(int i=0 ; i<m ;temp = (temp+1)%n)22: {
23: if(*(number+temp) == 1)24: {
25: continue;26: }
27: if( (i+1)== m )28: {
29: *(number+temp) = 1;30: break;31: }
32: ++i;33: }
34: printf("%d\t",temp+1);35: if(count == n-1)36: {
37: printf("\n胜利者的编号为:%d\n",temp+1);38: }
39: }
40:
41: return 0;42: }
43:
- C++的循环链表版本
(注:CircList.h头文件事先已经写好,是循环链表)
1: #include "CircList.h"2:
3: template<class T>4: void Josephus(CircList<T> &Js,int n,int m) //n---总数,m---目标数5: {
6: CircLinkNode<T> *p = Js.GetHead()->link,*pre = NULL;7: for (int i = 0;i < n-1;++i) //执行n-1次8: {9: for (int j = 1;j < m;++j) //数m个人10: {11: pre = p;12: p = p->link;13: if(p == Js.GetHead())14: {
15: p = p->link;16: pre = pre->link;17: }
18: }
19: cout<<"出列的人是:"<<p->data<<endl;20: pre->link = p->link;21: delete p;22: p = pre->link;23: if(p == Js.GetHead())24: {
25: p = p->link;26: pre = pre->link;27: }
28: }
29: }
30:
31: void main()32: {
33: CircList<int> clist;34: int n,m;35: cout<<"输入游戏者人数和报数间隔:";36: cin>>n>>m;37: for(int i = 1;i <= n;++i)38: clist.Insert(i-1,i);39: Josephus(clist,n,m);40: }
41:
- 约瑟夫问题的数学方法(以下内容为网上转载)
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。
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:
1: #include <stdio.h>2:
3: int main()4: {
5: int n, m, i, s=0;6: printf ("请输入n和m的值:");7: scanf("%d %d", &n, &m);8: for (i=2; i<=n; i++)9: s=(s+m)%i;10: printf ("The winner is %d\n", s+1);11: return 0;12: }