【原】 POJ 3750 小孩报数问题 Joseph相关问题详解 解题报告

http://poj.org/problem?id=3750

方法：

1012类似，但稍复杂

约瑟夫环问题：三个参数————人数n，开始人的号start，数到step出队一人

此问题一般有两种形式(这里都给了实现)

1、求出队顺序：利用数组或循环链表模拟出队过程，复杂度为O(step*n)
     技巧：循环链表实现时将初始指针指向start之前的节点，这样使得代码简便，并且容易处理step为1的情况
     线段树搞到O(n * logn)或树状数组优化到O(n * logn * logn) ？？？？？？？？？？？？？？？？

2、求最后出队的人：解此问题不需要模拟出队过程，复杂度降为O(n)

     思路：

     <1> start = 1
     初始n环为：1 2 3 4 ... n-1 n
     当n个人围成一圈并以m为步长第一次报数时，第m个人出列，此时就又组成了一个新的人数为n-1的约瑟夫环，从m+1开始。
     此时n-1环为：m+1 ... n-1 n 1 2 3 ... m-2 m-1 
     现在将环中编号做一个转化：
     m+1 --> 1 , m+2 --> 2 , ...... m-2 --> n-2 , m-1 --> n-1
     这又形成了一个从1开始的n-1的环，如果我们求得此环最后一个出队的编号为P(n-1,m)，它也是初始n环最后一个出队元素，
     但是与它在初始n环中的编号不同，所以我们需要将它在n-1环中的编号变换回来，设原始编号为P(n,m)，
     则P(n,m)=( P(n-1,m) + m-1 )%n+1，此处不写成( P(n-1,m) + m )%n是为了避免余数为0的情况。
     如何知道(n-1)个人报数的问题的解？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......

     递归式：P(i,step) = 1 , i==1
             P(i,step) = ( P(i-1,step)+step-1 )%i+1 , i>1
     P(n,step)求得起始编号为1时的最后出队编号。

     技巧：
     递归式中+step-1是为了避免余数为0的情况
     
     ****************************************

     <2> start任意（假设start<=n，否则start%=n）
     初始n环为：1 2 3 4 ... n-1 n
     第一个出列的编号为(start+m-1)
     此时n-1环为：start+m  start+m+1 ... n-1 n 1 2 3 ... start+m-2

     递归式：P(i,1,step) = 1 , i==1
             P(i,1,step) = ( P(i-1,1,step)+step-1 )%i+1 , 1<i<n
             P(n,start,step) = ( P(n-1,1,step)+(start+step-1)-1 )%n+1 , i==n （因为变换后的起始编号为1）
     P(n,start,step)求得起始编号为start时的最后出队编号。

Description

有N个小孩围成一圈，给他们从1开始依次编号，现指定从第W个开始报数，报到第S个时，该小孩出列，然后从下一个小孩开始报数，仍是报到S个出列，如此重复下去，直到所有的小孩都出列（总人数不足S个时将循环报数），求小孩出列的顺序。

Input

第一行输入小孩的人数N（N<=64）
接下来每行输入一个小孩的名字(人名不超过15个字符) 
最后一行输入W,S (W < N)，用逗号","间隔

Output

按人名输出小孩按顺序出列的顺序，每行输出一个人名

Sample Input

5

Xiaoming

Xiaohua

Xiaowang

Zhangsan

Lisi

2,3

Sample Output

Zhangsan

Xiaohua

Xiaoming

Xiaowang

Lisi

#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <fstream>

using namespace std ;

//利用数组求出队顺序
void run3750()
{
    ifstream in("in.txt");

    int n,start,step ; //三个参数分别是人数，开始人的号，数到step出队一人
    int i,j ;
    int left ;
    string name ;

    in>>n ;
    //1...n
    //存放于位置对应的人名
    string *strArr = new string[n+1] ;
    //记录该位置上是否还有人
    //1：有人
    //0：已出队
    int *numArr = new int[n+1] ;
    for( i=0 ; i<=n ; ++i )
        numArr[i]=1 ;

    i = 1 ;
    while( i<=n && in>>name )
        strArr[i++] = name ;
    scanf("%d,%d",&start,&step);  //scanf可以格式化输入

    i = start ;
    j = 0 ;
    left = n ;
    while( left > 0 )
    {
        if(numArr[i]==1)
            ++j ;
        if(j==step)
        {
            numArr[i] = 0 ;
            --left ;
            j = 0 ;
            cout<<strArr[i]<<endl ;
        }
        /* 这样会造成当numArr[1...n]都为0（都出队之后）时的死循环
        do
        {
            if(++i==n+1)
                i = 1 ;
        }
        while(numArr[i]==0) ;
        */
        if(++i==n+1)
            i = 1 ;
    }

    delete []numArr ;
    delete []strArr ;
}


//利用循环链表求出队顺序
//技巧：将初始指针指向start之前的节点，这样使得代码简便，并且容易处理step为1的情况
struct node
{
    string name ;
    node *next ;
};

void JosephusLinkList()
{
    ifstream in("in.txt");

    int n,start,step ; //三个参数分别是人数，开始人的号，数到step出队一人
    int i ;
    node *first,*last ;
    node *p,*q ;

    in >> n ;
    //先构造一个节点的循环链表，设置好first和last指针
    //这是必须的，不能放在循环中做，要单独做
    first = new node ;
    in >> (first->name) ;
    first->next = first ;
    last = first ;

    //再构建2~n节点
    for(i=2 ; i<=n ; ++i)
    {
        last = ( last->next = new node ) ;
        in >> last->name ;
        last->next = first ;
    }

    scanf("%d,%d",&start,&step);  //scanf可以格式化输入

    //找到起始点,为start之前的节点，所以p初始化为last而不是first
    //p = first ;
    p = last ;
    for( i=1 ; i<start ; ++i )
        p = p->next ;

    //模拟出队过程
    while( n>0 )
    {
        //找到待出队节点之前的节点
        for( i=1 ; i<step ; ++i )
            p = p->next ;
        //记录下将出队的节点，以备输出和删除
        q = p->next ;
        //出队
        p->next = p->next->next ;
        //输出
        cout<<q->name<<endl ;
        //删除
        delete q ;
        --n ;
    }
}


//求最后出队的人，复杂度O(n)
//起始编号为1时最后出队的编号
int Josep1( int n, int step )
{
    /*
    //递归
    if(n==1)
        return 1 ;
    return ( Josep(n-1,step)+step-1 ) % n + 1 ;
    */

    //非递归
    int lastOut = 1 ;
    for( int i=2 ; i<=n ; ++i )
        lastOut = (lastOut+step-1)%i+1 ; //+step-1是为了避免余数为0的情况
    return lastOut ;
}

//求最后出队的人，复杂度O(n)
//起始编号为start时最后出队的编号，复杂度O(n)
int Josep2( int n, int start, int step )
{
    /*
    //递归
    if(n==1)
        return 1 ;
    return ( test(n-1,1,step)+(start+step-1)-1 ) % n + 1 ;
    */

    //非递归
    int lastOut = 1 ;                     //i==1
    for( int i=2 ; i<=n-1 ; ++i )         //2<=i<=n-1
        lastOut = (lastOut+step-1)%i+1 ;
    return ( lastOut + (start+step-1) - 1 )%n+1 ;  //i==n
}