约瑟夫环O(n)复杂度的解法

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(n*m),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:

#include<iostream>

#include<cmath>

using namespace std;

int last(int m,int n)

{

  if(n==1)

    return 0;

  else

    return (last(m,n-1)+m)%n;

}

int main()
{
  int n, m;
   cout<<“Input n,m: “;

   cin>>n;

   cin>>m;

   cout<<“The last : “<<last(m,n);

   return 0; 

}

    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。

    原文作者:约瑟夫环问题
    原文地址: https://blog.csdn.net/u011068464/article/details/11837441
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
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