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约瑟夫环
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!下面举例说明:
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:
2 int main()
3 {
4 int n, m, i, s = 0;
5 printf ("N M = ");
6 scanf("%d%d", &n, &m);
7 for (i = 2; i <= n; i++)
8 {
9 s = (s + m) % i;
10 }
11 printf ("\nThe winner is %d\n", s+1);
12 }
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。
在问题的基础上再演变一下,如果是n 个人(编号 1...n),先去掉第 m 个数,然后从 m+1 个开始报 1,报到 k 的退出,剩下的人继续从 1 开始报数.求胜利者的编号.
int main(void){
int n, k, m;
while( scanf("%d%d%d", &n, &k, &m), n || k || m ){
int i, d, s=0;
for( i=2; i <= n; ++i ) s = (s+k)%i;
k = k%n; if( k == 0 ) k=n;
d = (s+1) + (m-k);//首先去掉的m可以看成是从m-k+1(较1偏移为m-k)开始报数
if( d >= 1 && d <= n ) printf("%d\n", d);
else if( d < 1 ) printf("%d\n", n+d);
else if( d > n ) printf("%d\n", d%n);
}
return 0;
}
约瑟夫环