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45 - 圆圈中最后剩下的数字

时间:2015-07-30 23:27:22      阅读:215      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:链表

题目要求:
0, 1, … , n-1n 个数字排成一个圈,从数字 0 开始每次从这个圈里删除第 m 个数字。求这个圈剩下的最后一个数字。


本题是约瑟夫环问题。
除了以下给出的2中解法,更高级的算法:约瑟夫问题的两个O(log n)解法

1. 环形链表

由于要不断地从圈里删除一个数字,容易想到用链表实现。用链表将这 n 个数字存储,头尾相连,每隔 m 个删除一个,最后剩下的即为结果。
由于数字从 0 开始,待删除的数字: k = (m-1) % n;
每删除 1 个都要遍历 m 个节点,需要删除 n-1 个,时间复杂度O(m*n), 空间复杂度 O(n)

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
// 环形链表
// 时间复杂度O(m*n),空间复杂度O(n)
int LastRemain(int n, int m) {
    if (n < 1 || m < 1)
        return -1;
    list<int> circle;
    for (int i = 0; i < n; i++)
        circle.push_back(i);
    list<int>::iterator iter = circle.begin(), delete_iter;
    while (circle.size() > 1) {
        int k = (m-1) % circle.size(); // 如 k = 1, 则删除第0个
        while (k > 0 ) {
            k--;
            iter++;
            if (iter == circle.end())   
                iter = circle.begin();
        }
        delete_iter = iter;
        ++iter;
        if (iter == circle.end())        
            iter = circle.begin();
        circle.erase(delete_iter);
    }
    return *iter;
}
int main() {
    int n = 4;
    int m = 3;
    cout << LastRemain(n, m) << endl;
    cout << LastRemain(2, 1) << endl;
}

2. 直接计算最后一个数字

以下分析来源:《剑指offer》p231

能否不重复遍历数字,而直接计算出最后一个数字是什么呢?

待删除的数字 k = (m-1)%n
删除后:0, 1, …, k-1, k+1, …, n-2, n-1 , 而下一次开始计数是从 k+1 开始,在剩下的序列中,
数组为:k+1, k+2, …, n-1, 0, …, k-1
剩下的序列最后剩下的数字,也应该是 n 和 m 的函数,而且最后剩下的数字,一定和原始序列最后剩下的数字是相同的。
由于剩下的序列是从 k+1 开始,设为f(n?1,m),而原始序列设为f(n,m)

然后将剩下的 n-1 个数字,做如下映射:

    x                        p(x) 

    k+1            ->           0
    k+2            ->           1
    ...
    n-1            ->         n-k-2
    0              ->         n-k-1
    1              ->          n-k
    ...           
    k-1            ->          n-2

x->p(x)的映射关系 p(x)=[x?(k+1)]%n,
p(x)->x的映射关系则为 p?1(x)=[x+(k+1)]%n,
这个映射,使得映射队列和初始队列的形式相同:
f(n?1,m)=p?1[f(n?1,m)] 相当于从p(x)映射到x (从变形序列:0开始 映射回之前的 : k+1 开始)
f(n?1,m)=p?1[f(n?1,m)]=[f(n?1,m)+(k+1)]%n,带入 k = (m-1)%n

得到最终递推式:f(n,m)=f(n?1,m)=[f(n?1,m)+m]%n
当 n = 1时,即为最后一个数字。
算法时间复杂度O(n),空间O(1)

// 算法时间复杂度O(n),空间O(1)
int ComputeLastRemain(int n, int m) {
    if (n < 1 || m < 1)
        return -1;
    int last;
    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        last = (last+m)%i;
    }
    return last;
}

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45 - 圆圈中最后剩下的数字

标签:链表

原文地址:http://blog.csdn.net/quzhongxin/article/details/47157083

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