Joseph环的数学求解及史上最难Joseph问题(转载)

简介:

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。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:

#i nclude <stdio.h>

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\n", 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。

史上最难Joseph问题:

编号为1,2,......,n的n个人按顺时针方向围坐一圈,每人持有一个密码(正整数)。一开始任选一个正整数作为报数上限值m,从第一个人开始按顺时针方向自1开始顺序报数,报到m时停止报数。报m的人出列,将他的密码作为新的m值,从他在顺时针方向上的下一个人开始重新从1报数,如此下去,直至所有人全部出列为止。试设计一个程序求出列顺序。(基本要求:利用单向循环链表存储结构模拟此过程,按照出列的顺序印出各人的编号










本文转自NewPanderKing51CTO博客,原文链接: http://www.cnblogs.com/newpanderking/archive/2011/07/26/2117751.html,如需转载请自行联系原作者





相关文章
|
3月前
【数值分析】二分法求方程的根(附matlab代码)
【数值分析】二分法求方程的根(附matlab代码)
|
2月前
|
算法 测试技术 C++
【动态规划】【数学】【C++算法】18赛车
【动态规划】【数学】【C++算法】18赛车
|
7月前
|
算法
梯度下降算法详解(从下山比喻、数学推导到代码实现)
梯度下降算法详解(从下山比喻、数学推导到代码实现)
92 0
定积分的概念与性质——“高等数学”
定积分的概念与性质——“高等数学”
闭区间连续函数的性质+习题课(函数与极限总复习)——“高等数学”
闭区间连续函数的性质+习题课(函数与极限总复习)——“高等数学”
|
人工智能 移动开发 算法
【有营养的算法笔记】基础算法 —— 推导证明前缀和与差分
【有营养的算法笔记】基础算法 —— 推导证明前缀和与差分
83 0
【有营养的算法笔记】基础算法 —— 推导证明前缀和与差分
|
机器学习/深度学习 人工智能 开发框架
【有营养的算法笔记】基础算法 —— 推导证明前缀和与差分2
【有营养的算法笔记】基础算法 —— 推导证明前缀和与差分
72 0
【有营养的算法笔记】基础算法 —— 推导证明前缀和与差分2
|
机器学习/深度学习 JavaScript 前端开发
LDUOJ——最小生成树(欧拉函数+思维)
LDUOJ——最小生成树(欧拉函数+思维)
85 0
|
算法 C++
算法基础系列第四章——数论之从欧拉卷到欧几里得(1)
算法基础系列第四章——数论之从欧拉卷到欧几里得(1)
102 0
算法基础系列第四章——数论之从欧拉卷到欧几里得(1)
|
算法 C++
算法基础系列第四章——数论之从欧拉卷到欧几里得(2)
算法基础系列第四章——数论之从欧拉卷到欧几里得(2)
62 0
算法基础系列第四章——数论之从欧拉卷到欧几里得(2)