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剑指Offer | 圆圈中最后剩下的数(约瑟夫环问题)

题目描述:

每年六一儿童节,牛客都会准备一些小礼物去看望孤儿院的小朋友,今年亦是如此。HF作为牛客的资深元老,自然也准备了一些小游戏。其中,有个游戏是这样的:首先,让小朋友们围成一个大圈。然后,他随机指定一个数m,让编号为0的小朋友开始报数。每次喊到m-1的那个小朋友要出列唱首歌,然后可以在礼品箱中任意的挑选礼物,并且不再回到圈中,从他的下一个小朋友开始,继续0…m-1报数….这样下去….直到剩下最后一个小朋友,可以不用表演,并且拿到牛客名贵的“名侦探柯南”典藏版(名额有限哦!!^_^)。请你试着想下,哪个小朋友会得到这份礼品呢?(注:小朋友的编号是从0到n-1)


方法1:

用链表模拟很好理解,依次删除结点,剩下最后一个即为最后结果。

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/*public class Node_List {
int val;
Node_List next = null;

Node_List(int val){
this.val = val;
}
}*/
public static int LastRemaining_Solution(int n, int m) {
Node_List cur = new Node_List(0);
Node_List head = cur;
for (int i = 1; i < n; i++) {
Node_List node= new Node_List(i);
cur.next = node;
cur = node;
}
cur.next = head;

Node_List p = cur;
Node_List q = head;
while (q.next.val!=q.val) {
for (int i = 0; i < m-1; i++) {
p = p.next;
q = q.next;
}
p.next = q.next;
q = q.next;
}
return q.val;
}

方法2:

链表选用LinkedList实现,较方法1可以提高一定效率。

public static int LastRemaining_Solution(int n, int m) {
    LinkedList<Integer> list = new LinkedList<Integer>();
    for (int i = 0; i < n; i++)
        list.add(i);
    int p = 0;
    while (list.size()>1) {
        p = (p+m-1)%list.size();//注意这里使得可以从尾部跳回到头部
        list.remove(p);
    }
    return list.size()==1?list.get(0):-1;
}

方法3:

当数据量比较大时,以上两种方法时间和空间都比较大,因此用归纳法找到规律然后利用递归。

0,1,2,3,……,m-2,m-1,m,……,n-1 (总共n个数,删除第m-1个数)

下次删的时候从下面第一行这个序列开始往后数,我们把这个序列用第二行的序列进行重新标号,根据第二行的标号来找对应第一行的标号,从第二行看很容易看出要删除的是m-1,那么第二行的m-1对应第一行的哪个数呢?

m m+1 m+2 m-1+m n-1 0 1 2 m-2
0 1 2 m-1 n-1-m n-m n-m+1 n-m+2 n-1

也就是第二行的任意一个数p对应第一行哪个数?
如果p <= n-m,第二行的m-1对应第一行的 p+m;
如果p> n-m,第二行的m-1对应第一行的 (p+m)%n;
综上,合并以上两种情况,若第二行的数是p,则对应的第一行数是(p+m)%n。

public static int LastRemaining_Solution(int n, int m) {
    if(n == 0)
        return -1;
    else if(n == 1)
        return 0;
    else 
        return (LastRemaining_Solution(n-1,m)+m)%n;
}
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