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Java实现约瑟夫问题的方法

一、约瑟夫问题介绍1、约瑟夫问题原题:n个小孩子手拉手围成一个圈,编号为k(1

本文目录

    一、约瑟夫问题介绍

    1、约瑟夫问题原题:

    n个小孩子手拉手围成一个圈,编号为k(1 <= k <= n )的人从1开始报数,报到m的那个人出列,它的下一位又从1开始报数,报到m的又出列……依此类推,直到所有人都出列,由此产生一个出队编号的序列。

    2、问题分析:

    根据题目的描述,很容易可以想到用单向循环链表来模拟。先构成一个有n个节点的单向循环链表,然后节点K由1开始计数,计到m时,对应的节点从链表中删除,然后再从被删除的下一个节点由1开始计数,直到所有节点都被删除掉。

    Java实现约瑟夫问题的方法
    单向循环链表

    如上图,n等于5,假设从1号开始报数,报到2就出列,即k等于1,m等于2。那么最后出列的结果应该是:2,4,1,5,3。


     

    二、单向环形链表的构建

    1、构建思路:

    • 首先创建第一个节点,用first指针指向它,它的next指向自己,如下图:

    Java实现约瑟夫问题的方法
    第一个节点
    • 然后创建第二个节点,将第一个节点的next指向第二个节点,第二个节点的next指向第一个节点,如图:

    Java实现约瑟夫问题的方法
    第二个节点

    依此类推,就可以构建出单向环形链表。遍历的时候,当节点的next等于first时,表示遍历完毕。

    2、代码实现:

    根据上面的分析,可以写出如下代码:

    package com.zhu.study.linkedList;

    /**
     * 约瑟夫问题,即单向循环链表问题
     * @author: zhu
     * @date: 2020/8/30 17:57
     */
    public class Josepfu {
        public static void main(String[] args){
            CircleSingleLinkedlist linkedlist = new CircleSingleLinkedlist();
            linkedlist.add(5);
            linkedlist.showNodes();
        }
    }

    /**
     * 单向循环链表
     */
    class CircleSingleLinkedlist{
        private Node first = null;
        /**
         * 添加节点
         * @param num 需要添加的节点个数
         */
        public void add(int num){
            if (num < 1){
                throw new RuntimeException("非法参数");
            }
            Node cur = null; // 当前node
            for (int i = 1; i <= num; i++) {
                Node node = new Node(i);
                if (i == 1) {
                    first = node;
                    first.setNext(first); // next指向自己,构成环
                    cur = first;
                } else {
                    cur.setNext(node);
                    node.setNext(first);
                    cur = node;
                }
            }
        }

        /**
         * 遍历
         */
        public void showNodes(){
            if (first == null){ // 链表为空
                return;
            }
            Node cur = first;
            while (true){
                System.out.printf("小孩编号%d \n", cur.getNo());
                if (cur.getNext() == first){ // 遍历完毕
                    break;
                } else {
                    cur = cur.getNext();
                }
            }
        }   
    }

    /**
     * 节点内部类
     */
    class Node{
        private int no; // 编号
        private Node next; // 下一个节点

        public Node(int no){
            this.no = no;
        }

        public int getNo() {
            return no;
        }

        public void setNo(int no) {
            this.no = no;
        }

        public Node getNext() {
            return next;
        }

        public void setNext(Node next) {
            this.next = next;
        }
    }
         

    三、小孩出列的实现

    1、思路:

    先要找到开始报数的节点,用cur记录下来,比如从第k个开始数,那么cur应该指向k号节点;然后再找到cur的前一个节点,用pre记录下来;找到这两个节点后,由cur开始数(m-1)次,即cur和pre同时移动(m-1)次,此时cur就指向了要被删除的节点;打印要被删除的节点,然后将cur移动到被删除节点的下一个节点,即cur = cur.next,pre的next指向新的cur,即pre.next = cur。

    2、代码实现:

    /**
         * 出圈,圈中共有n个人,从第k个开始,数m个开始出圈
         * @param k
         * @param m
         * @param n
         */
        public void get(int k, int m, int n){
            if (k > n || k < 1 || first == null || m > n){
                throw new IllegalArgumentException("非法参数");
            }
            // 先找到k节点,即开始报数的节点,用cur记录下来
            Node cur = first;
            for (int i = 1; i < k; i++) {
                cur = cur.getNext();
            }
            // 找到k的前一个节点,用pre记录下来
            Node pre = cur;
            while (true){
                if (pre.getNext() == cur){
                    break;
                } else{
                    pre = pre.getNext();
                }
            }
            // 出圈
            while (true) {
                if (pre == cur) { // 只有一个节点了
                    System.out.printf("小孩编号%d\n", cur.getNo());
                    break;
                }
                // cur和pre同时移动 m-1次
                for (int i = 1; i < m; i++) {
                    cur = cur.getNext(); // 这个就是要出圈的节点
                    pre = pre.getNext(); // 这个是要出圈节点的前一个节点
                }
                System.out.printf("小孩编号%d\n", cur.getNo());
                cur = cur.getNext();
                pre.setNext(cur);
            }
        }

    调用该方法,k、m、n分别输入1、2、5,最后发现结果和上面分析的一样,打印的是2,4,1,5,3。

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