zoukankan      html  css  js  c++  java
  • 组合数学--约瑟夫环问题 Josephus

    约瑟夫斯问题(有时也称为约瑟夫斯置换),是一个出现在计算机科学数学中的问题。在计算机编程的算法中,类似问题又称为约瑟夫环

    有n个囚犯站成一个圆圈,准备处决。首先从一个人开始,越过k-2个人(因为第一个人已经被越过),并杀掉第k个人。

    接着,再越过k-1个人,并杀掉第k个人。这个过程沿着圆圈一直进行,直到最终只剩下一个人留下,这个人就可以继续活着。

    问题是,给定了n和k,一开始要站在什么地方才能避免被处决?

    问题是以弗拉维奥·约瑟夫斯命名的,它是1世纪的一名犹太历史学家。他在自己的日记中写道,他和他的40个战友被罗马军队包围在洞中。他们讨论是自杀还是被俘,最终决定自杀,并以抽签的方式决定谁杀掉谁。约瑟夫斯和另外一个人是最后两个留下的人。约瑟夫斯说服了那个人,他们将向罗马军队投降,不再自杀。约瑟夫斯把他的存活归因于运气或天意,他不知道是哪一个。

    解法

    1.用循环单链表模拟整个过程,时间复杂度是O(n*m)

    2.如果只是想求得最后剩下的人,则可以用数学推导的方式得出公式。

     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。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],程序也是异常简单:

    #include <stdio.h>
    int main()
    {
        int n, m, i, s = 0;
        printf ("N M = ");
        scanf("%d%d", &n, &m);
        for (i = 2; i <= n; i++)
        {
            s = (s + m) % i;
        }
        printf ("
    The winner is %d
    ", s+1);
    }

    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。

    相比之下,解法二的优越性不言而喻,同时说明数学确实很重要。

    http://blog.csdn.net/wuzhekai1985/article/details/6628491

    http://www.cnblogs.com/EricYang/archive/2009/09/04/1560478.html

  • 相关阅读:
    Sizzle源码分析 (一)
    VueJS 数据驱动和依赖追踪分析
    使用 nvm 来管理nodejs版本 。
    在node中使用 ES6
    mongoDB & Nodejs 访问mongoDB (二)
    mongoDB & Nodejs 访问mongoDB (一)
    Javascript原型链和原型继承
    Javascript 闭包与高阶函数 ( 二 )
    SDOI2019&十二省联考 游记
    Luogu-3648 [APIO2014]序列分割
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/kimsimple/p/7468330.html
Copyright © 2011-2022 走看看