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            隨筆-167  評論-8  文章-0  trackbacks-0
            無論是用鏈表實現還是用數組實現都有一個共同點:要模擬整個游戲過程,不僅程序寫起來比較煩,而且時間復雜度高達O(nm),當n,m非常大(例如上百萬,上千萬)的時候,幾乎是沒有辦法在短時間內出結果的。我們注意到原問題僅僅是要求出最后的勝利者的序號,而不是要讀者模擬整個過程。因此如果要追求效率,就要打破常規,實施一點數學策略。

            為了討論方便,先把問題稍微改變一下,并不影響原意:
            問題描述:n個人(編號0~(n-1)),從0開始報數,報到(m-1)的退出,剩下的人繼續從0開始報數。求勝利者的編號。

            我們知道第一個人(編號一定是m%n-1) 出列之后,剩下的n-1個人組成了一個新的約瑟夫環(以編號為k=m%n的人開始):

              k  k+1  k+2  ... n-2, n-1, 0, 1, 2, ... k-2并且從k開始報0。

            現在我們把他們的編號做一下轉換:

            k     --> 0

            k+1   --> 1

            k+2   --> 2

            ...

            ...

            k-2   --> n-2

            k-1   --> n-1

            變換后就完完全全成為了(n-1)個人報數的子問題,假如我們知道這個子問題的解:例如x是最終的勝利者,那么根據上面這個表把這個x變回去不剛好就是n個人情況的解嗎?!!變回去的公式很簡單,相信大家都可以推出來:x'=(x+k)%n

            如何知道(n-1)個人報數的問題的解?對,只要知道(n-2)個人的解就行了。(n-2)個人的解呢?當然是先求(n-3)的情況 ---- 這顯然就是一個倒推問題!好了,思路出來了,下面寫遞推公式:

            令f[i]表示i個人玩游戲報m退出最后勝利者的編號,最后的結果自然是f[n]

            遞推公式

            f[1]=0;

            f[i]=(f[i-1]+m)%i;  (i>1)

            有了這個公式,我們要做的就是從1-n順序算出f[i]的數值,最后結果是f[n]。因為實際生活中編號總是從1開始,我們輸出f[n]+1

            由于是逐級遞推,不需要保存每個f[i],程序也是異常簡單:

            #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\n", s+1);

            }

            這個算法的時間復雜度為O(n),相對于模擬算法已經有了很大的提高。算n,m等于一百萬,一千萬的情況不是問題了。可見,適當地運用數學策略,不僅可以讓編程變得簡單,而且往往會成倍地提高算法執行效率。

            int josefus(int n,int m) {
                int l=0,c;
                for(c=1;c<=n;c++)
                    l=(l+m-1)%c+1;
                return l;
            }

            經典解法:
            n個人圍成一圈,從1數到m,從第k個人開始數起:
            typedef struct LNode
            {
                
            int data;
                
            struct LNode *link;
            }
            LNode, *LinkList;

            void JosephusRing3(int n, int k, int m)
            {
                LinkList p,r,curr;
                p 
            = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));
                p
            ->data = 1;
                p
            ->link = p;
                curr 
            = p;

                
            for (int i=2; i<n+1++i)
                
            {
                    LinkList t 
            = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));
                    t
            ->data = i;
                    t
            ->link = curr->link;
                    curr
            ->link = t;
                    curr 
            = t;
                }


                
            while(--k)
                
            {
                    p
            =p->link;
                }


                
            while(n--)
                
            {
                    
            for(int i=m; --i; r=p, p=p->link)
                    
            {
                    }

                    r
            ->link = p->link;
                    cout
            <<"p->data = "<<p->data<<endl;
                    free(p);
                    p 
            = r->link;
                }

            }

            posted on 2010-09-11 14:56 老馬驛站 閱讀(296) 評論(0)  編輯 收藏 引用 所屬分類: c++algorithm
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