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約瑟夫問題及變形:poj 1012

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約瑟夫問題是個有名的問題:N個人圍成一圈,從第一個開始報數,第M個將被殺掉,最後剩下一個,其餘人都將被殺掉。例如N=6,M=5,被殺掉的順序是:5,4,6,2,3,1。
給定N個人和m,計算最後獲救者的編號,求解的思路是一種遞推思想
我們知道第一個人(編號一定是(m-1) mod n) 出列之後,剩下的n-1個人組成了一個新的約瑟夫環(以編號為k=m mod n的人開始):
k k+1 k+2 … n-2,n-1,0,1,2,… k-2,並且從k開始報0。
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
變換後就完完全全成為了(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,那麼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) mod 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表示i個人玩遊戲報m退出最後勝利者的編號,最後的結果自然是f[n]
遞推公式


f[1]=0;
f=(f+m) mod i; (i>1)
有了這個公式,我們要做的就是從1-n順序算出f的數值,最後結果是f[n]。因為實際生活中編號總是從1開始,我們輸出f[n]+1
由於是逐級遞推,不需要儲存每個f,程式也是異常簡單:
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。

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約瑟夫環變形 先引入Joseph遞推公式,設有n個人(0,…,n-1),數m,則第i輪出局的人為
f(i)=(f(i-1)+m-1)%(n-i+1);
f(0)=0;
f(i) 表示當前子序列中要退出的那個人(當前序列編號為0~(n-i));

拿個例子說: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

……..

依據題意,前K個退出的人必定是後K個人,所以只要前k輪中只要有一次f(i)小於k則此m不符合題意。

參考文章:

  • ζёСяêτ - 小優YoU

根據這樣的思路,求解poj 1012就很容易了。

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先打表預處理,把每一個k的結果儲存在Joseph[k]中,輸出,避免超時。

參考程式碼+部分註釋:

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <algorithm>
#include <map>
#include <vector>
#include <queue>
#include <cstring>
#include <cmath>
#include <climits>
#define eps 1e-8
using namespace std;
typedef long long ll;
const int INF=INT_MAX;
const int maxn = 110;
int k,ans[20],Joseph[20];
void init()
{
    for(int k=1;k<=14;k++){
        int m=1,n=2*k;
        while(1){
          bool ok=true;
          ans[0]=0;
          for(int i=1;i<=k;i++){
            ans[i]=(ans[i-1]+m-1)%(n+1-i);//遞推
            if(ans[i]<k) {ok=false;break;}//不滿足條件就標記
          }
          if(ok) break;
          m++;
        }
        Joseph[k]=m;
    }
}
int main()
{
  // freopen("input.txt","r",stdin);
   init();
   while(cin>>k&&k){
     cout<<Joseph[k]<<endl;
   }
   return 0;
}