孩子们的游戏(圆圈中最后剩下的数)

import java.util.List;
import java.util.LinkedList;
public class Solution {
    public int LastRemaining_Solution(int n, int m) {
        if(n <0 || m <1){
            return -1;
        }
        List<Integer> returnList = new LinkedList<>();
        for(int i =0;i<n;i++){
            returnList.add(i);
        }
        int index =(m-1)%n;
        while(returnList.size() > 1){
            returnList.remove(index);
            index = (index+m-1)%returnList.size();
        }
        return returnList.get(0);
    }
}

我们知道第一个人(编号一定是m%n-1) 出列之后,剩下的n-1个人组成了一个新的约瑟夫环(以编号为k=m%n的人开始):

题目

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)

 

思路

如果只求最后一个报数胜利者的话,我们可以用数学归纳法解决该问题,为了讨论方便,先把问题稍微改变一下,并不影响原意:

问题描述:n个人(编号0~(n-1)),从0开始报数,报到(m-1)的退出,剩下的人继续从0开始报数。求胜利者的编号。

我们知道第一个人(编号一定是m%n-1) 出列之后,剩下的n-1个人组成了一个新的约瑟夫环(以编号为k=m%n的人开始):

k k+1 k+2 ... n-2, n-1, 0, 1, 2, ... k-2并且从k开始报0。

现在我们把他们的编号做一下转换:

k --> 0

k+1 --> 1

k+2 --> 2

.

...

k-2 --> n-2

k-1 --> n-1

变换后就完完全全成为了(n-1)个人报数的子问题,假如我们知道这个子问题的解:

例如x是最终的胜利者,那么根据上面这个表把这个x变回去不刚好就是n个人情况的解吗?

变回去的公式很简单,相信大家都可以推出来:x'=(x+k)%n。

令f[i]表示i个人玩游戏报m退出最后胜利者的编号,最后的结果自然是f[n]。

递推公式:

f[1]=0;                                                

f[i]=(f[i-1]+m)%i; (i>1)

代码1 

 

\\迭代
public int lastRemaining(int n, int m) {
    int flag = 0;   
    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        flag = (flag + m) % i;
        //动态规划的思想,将f(n,m)替换成flag存储
    }
    return flag;
}

\\递归
public int lastRemaining(int n, int m){
    if(n < 1 || m < 1)       
        return -1;
    if(n == 1)
        return 0;
    return (lastRemaining(n-1, m) + m) % n;
}

 

代码2

第一种:经典的解法, 用环形链表模拟圆圈。

创建一个总共有 n 个结点的环形链表,然后每次在这个链表中删除第 m 个结点

public static int lastRemaining(int n, int m) {
    if (n < 1 || m < 1) {
        return -1;
    }
    List<Integer> list = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        list.add(i);
    }
    // 要删除元素的位置
    int idx = 0;
    while (list.size() > 1) {
        // 只要移动m-1次就可以移动到下一个要删除的元素上
        for (int i = 1; i < m; i++) {
            idx = (idx + 1) % list.size(); // 【A】
        }
        list.remove(idx);
    }
    return list.get(0);
}

优化

将[0,n]依次存储在链表中
通过举例可以得出第一次删除的数字下标为(m-1)%n记为c,之后每一次删除的数字下标均为(c+m-1)%list.size()
时间复杂度为O(n)

public int lastRemaining(int n, int m) {
     if(n==0||m==0)
		return -1;
     List<Integer> list=new ArrayList<>();
     for(int i=0;i<n;i++)
     	list.add(i);
     int c=(m-1)%n;
     while(list.size()!=1) {
     	list.remove(c);
     	c=(c+m-1)%list.size();  
     }
     return list.get(0);
 }

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