编程示例:约瑟夫环问题
1约瑟夫环的故事
在浩瀚的计算机语言中,总有一些算法------虽然码量很少,
但却能完美又巧妙地解决那些复杂的问题。接下来,
我们要介绍的"约瑟夫环"问题就是一个很好的例子。
这个问题来源于犹太人约瑟夫经历过的故事,在罗马人
占领乔塔帕特后,约瑟夫和他的朋友与39 个犹太人躲到
一个洞中,39个犹太人决定宁愿死也不要被敌人抓到,
于是决定了一个自杀方式,41个人排成一个圆圈,由第1
个人开始报数,每报数到第3人时,该人就必须自杀,然
后再由下一个人重新报数,直到所有人都自杀身亡为止。
然而约瑟夫和他的朋友并不想遵从这个规则,于是,
他们想出新的思路:从一个人开始,越过k-2个人(
因为第一个人已经被越过),并杀掉第k个人。接着,再
越过k-1个人,并杀掉第k个人。这个过程沿着圆圈一直进行,
直到最终只剩下一个人留下,这个人就可以继续活着。
问题是,给定了和,一开始要站在什么地方才能避免
被处决?如果你是约瑟夫,你会站在什么样的位置呢?
数数与大家一起,从运用以下两个方面来解决这个问题。
在这场逃生游戏中,约瑟夫的办法是:他要和他的朋友先假装
遵从,然后将朋友与自己安排在第16个与第31个位置,于是逃
过了这场死亡游戏。约瑟夫安排的位置和你想的位置一样吗?
看完这个"约瑟夫环"问题,如果你是当时逃生的人之一,
你会选择遵从规则,还是改变规则呢?
2 该问题的解法的历史回顾
有模拟法和数学推导法,其中美国的高纳德教授还在
<<具体数学>>的书中,给出了推导公式
f(N,M)=(f(N-1,M)+M)%N
3 能应用于面试的最佳性能的另类解法
假设初始编号为1,2,······,n,现在考虑一种新的编号方式。
第一个人不会被踢掉,那么他的编号从n开始往后加1,变成n+1,
然后第二个人编号变为n+2,直到第q个人,他被踢掉了。然后
第q+1个人编号继续加1,变成了n+q,依次下去。考虑当前踢到
的人编号为kq,那么此时已经踢掉了k个人,所以接下去的人新
的编号为n+k(q-1)+1......
所以编号为kq+d的人编号变成了n+k(q-1)+d,其中1<=d<q。
直到最后,可以发现活下来的人编号为qn,问题是怎么根据
这个编号推出他原来的编号?以n=10,q=3为例,下图就是每
个人新的编号:
令N=n+k(q-1)+d,那么他上一轮的编号是kq+d=kq+N-n-k(q-1)=k+N-n,
因为k=(N-n-d)/(q-1)=[(N-n-1)/(q-1)],所以上一次编号可以写为
[(N-n-1)/(q-1)]+N-n
如果用D=qn+1-N代替N将会进一步简化算法:
算法伪代码如下:
D=1
while D<=(q-1)n:
D=k
Ans=qn+1-D
其中k=Dq/(q-1)