在O(n)中使用循环列表的Josephus问题



我最近偶然发现一个论坛,声称Josephus问题可以用数据结构在O(n)中解决。这里的明确选择是一个循环链表,但我声称它只能在O(kn)或O(n^2)中完成,除非你在维基百科上做数学递归/迭代josephus算法。首先,循环链表具有以下属性:搜索O(n)、删除O(1)、追加O(1。这假设delete是一个给定的节点,append替换了头或尾。

如果我们有一个循环的节点列表,我们可以从起点找到要删除的节点,如下所示:

n=6个节点

k=删除每3个节点

起点:节点#0

节点:0、1、2、3、4、5

我们可以通过(k+StartingPoint-1)%n.计算要删除的节点。对于startpoint=0,我们有(3+0-1)%6=2。现在,3将是我们的起点。(3+3-1)%5=0,当移位时,它是我们原来的5节点(即,由于原来的2不存在,数字现在将为0,1,2,3,4)。这基本上就是数学版本的工作原理。对于链表,我们可以类似地导出哪个节点需要删除。问题是我们必须去这个节点。链表具有O(n)搜索,这是一个问题。所以我们遍历到这个节点,删除它,现在我们有n=n-1。我们找到下一个索引,进行O(n)搜索,得到n=n_original-2。这变成n+(n-1)+(n-2)+…=O(n^2)。

如果我们有一个双链接的循环列表,那么如果节点离我们更近,我们就不必走完全程。不过,如果k小于n,这是O(k)搜索,如果k大于n,这就是O(n)搜索(因为在到达起点之前,你只能移动n个节点,但如果k很小,你只需要移动k,就不会到达起点)。

无论如何,我的观点是,我看不出如何通过O(n)中的数据结构来实现这一点。维基百科上的解决方案是O(n)中一种非常优雅的数学方法,它显示了递归的力量(纯粹通过调用堆栈来跟踪旧的起点,等等),但当删除实际对象时,似乎不可能得到O(n)。我想展示我在弄清楚这一点上的尝试,而不仅仅是明目张胆地问,那么有人知道用某种数据结构在O(n)中做到这一点的方法吗?谢谢

我在博客上用O(n)时间的循环链表解决了这个问题。该网站还有一个使用队列的O(n)解决方案和一个使用纯(非循环)链表的O(n^2)解决方案。对于循环链表,您总是向前移动,而不是向后移动,正如您对双链表所建议的那样。

举个例子,看看你的清单。您从0开始,计数3,然后删除项目3。然后计数3并删除0。然后计数3并删除4。然后计数3并删除2。然后计数3并删除5。最后数3,删除1。所采取的步骤总数为kn,其中n为节点数,k为步长。但这是节点数量的O(n),因为n是问题大小,k是常数。

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