约瑟夫环是一个数学的应用问题:已知n个人(以编号1,2,3...n分别表示)围坐在一张圆桌周围。从编号为k的人开始报数,数到m的那个人出列;他的下一个人又从1开始报数,数到m的那个人又出列;依此规律重复下去,直到圆桌周围的人全部出列。
在不改变原意的情况下改变描述:
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。
O(n)算法:
我们知道第一个人(编号一定是(m-1)%n) 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)。
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变回去刚好就是n个人情况的解。
∵ k=m%n;
∴ x' = x+k = x+ m%n ; 而 x+ m%n 可能大于n ∴x'= (x+ m%n)%n = (x+m)%n 得到 x'=(x+m)%n。
严谨推导后得出递推公式:
第i轮出局的人为f(i)=(f(i-1)+m-1)%(n-i+1),f(0)=0; f(i) 表示当前子序列中要退出的那个人(当前序列编号为0~(n-i));
拿个例子说:K=4,M=30;
f(0)=0;
f(1)=(f(0)+30-1)%8=5; 序列(0,1,2,3,4,5,6,7)中的5
f(2)=(f(1)+30-1)%7=6; 序列(0,1,2,3,4,6,7)中的7
f(3)=(f(2)+30-1)%6=5; 序列(0,1,2,3,4,6)中的6
f(4)=(f(3)+30-1)%5=4; 序列(0,1,2,3,4)中的4
每隔一人退出的特殊情况
在这种特殊情况下,算法的时间复杂度可以大大简化。
理论参见《具体数学》7-14页
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