约瑟夫问题(Josephu问题)也称为“丢手帕问题”。
问题描述:设编号为1、2、3、4......的n个小朋友围成一圈,约定编号为 k 的小朋友从 1 开始报数,轮流数到 m 的小朋友出列。接着出列小朋友的下一位又从1开始报数,轮流数到 m 的小朋友出列,以此类推,直到所有小朋友都出列为止,由此产生一个出列编号的序列。
n = 5 表示有 5 个小朋友 ; k = 1 表示从第 1 个小朋友开始报数 ; m = 2 表示每次数 2 下。
本问题由于需要不断地删除节点,同时循环报数,因而用到单向环形链表。
首先创建一个节点类Boy :
class Boy{
private int no ; //小孩的编号
private Boy next ; //指向下一个节点,默认为null
public Boy(int no){
this.no = no ;
}
public int getNo() {
return no;
}
public void setNo(int no) {
this.no = no;
}
public Boy getNext() {
return next;
}
public void setNext(Boy next) {
this.next = next;
}
/*
* 之所以要设置这几个构造方法,是因为Boy的几个基本属性都是private类型
*/
}
注意:之所以设置那么多set 与 get 方法,是因为Boy这个节点类的几个基本属性都是private类型。这是获取一个类private属性的惯用方法。
节点类Boy设置好了,接下来要构建环形链表:
思路:
1、单向环形链表的基本操作往往需要用到三个指针:first指针、curBoy指针、boy指针;
其中:first 指针始终指向第一个节点(可以是头节点,也可以是首节点),不能动; boy指针指向将要加入环中的新节点 ;curBoy指针负责将新加入的节点连入环形链表中。
2、构建过程:
(1)先用first指针创建第一个节点(在此处为头节点),并形成环形;
(2)后面每用boy指针创建一个新节点,就用curBoy指针把该节点加入到已有的环形链表中即可。
//创建一个环形的单向链表
class CircleSingleLinkedList{
//先创建一个first节点,当前没有编号;(head)
private Boy first = new Boy(-1);
//添加小孩节点,构建环形链表
public void addBoy(int nums){//nums表示一次加入nums个孩子
//既然是“xx个”,对nums必须进行数据校验(基本细节)
if(nums < 1 ){
System.out.println("数据不合法");
return ;
}
Boy curBoy = null ; //curBoy作为辅助指针,用来帮助构建环形链表
//使用for循环构建环形链表;
for(int i = 1 ; i <= nums ; i ++){
//根据编号,创建小孩节点
Boy boy = new Boy(i) ;
//第一个小孩情况特殊,所以要特殊考虑
if(i == 1){
first = boy ;
first.setNext(boy); // 注意表述
curBoy = first ;
} else {
//环形单链表的常规动作
curBoy.setNext(boy);
boy.setNext(first);
curBoy = boy ;
}
}
}
}
注意: 当链表中插入第一个节点时,和其他操作是不同的,需要区别讨论。
3、遍历链表:
(1)、先让辅助指针curBoy指向first节点;
(2)、然后通过while循环遍历该环形链表即可。
//遍历当前环形链表
public void showBoy(){
//判断链表是否为空
if(first == null) {
System.out.println("链表为空!");
return;
}
//因为first不能动,因此我们仍然使用一个辅助指针完成遍历
Boy curBoy = first ;
while(true){
System.out.printf("小孩的编号%d \n" , curBoy.getNo());
if(curBoy.getNext() == first){
//说明已经遍历完毕
break;
}
curBoy = curBoy.getNext() ;
}
}
遍历完成的标志是:curBoy.getNext( ) == first ; 因为最后一个节点的next指针指向第一个节点(或头节点)。
数据结构构建好了,现在开始具体解决约瑟夫问题:
根据用户的输入,生成一个小孩出圈的顺序:
1、需要创建一个辅助指针helper,事先应该指向环形链表的最后一个节点;(由于最后一个节点的next域指向第一个节点,因此让helper先指向最后一个节点,是为了让helper在移动(报数)的过程中始终跟在first指针的身后,以便执行删除节点的操作)
补充:小孩报数前,先让first和helper移动k-1次;(因为要从第 k 个小朋友开始报数)
2、当小孩报数时,让first和helper指针同时移动m-1次(总共要数 m 下,但第一下是自己数,后面的m-1下交给其他人数);
3、这时就可以将first指向的小孩节点出圈。
first = first.next ;
helper.next = first ;
first刚刚指向的已经出圈的节点,没有任何引用,会被回收。
具体代码如下:(解析详细)
//根据用户的输入,计算出小孩出圈的顺序(约瑟夫问题)
/**
*
* @param startNo 表示从第几个小孩开始数
* @param countNum 表示数了几下
* @param nums 表示最初有多少个小孩在圈中
*/
public void countBoy(int startNo , int countNum , int nums){
//先对数据进行校验
if(first == null || startNo < 1 || startNo > nums ){
System.out.println("参数输入有误,请重新输入: ");
return ;
}
//创建一个辅助指针,帮助完成小孩出圈
Boy helper = first ;
//需要创建一个辅助指针helper,事先指向环形链表的最后一个节点
//这是为了在后来的移动中,使helper一直跟在first之后,
//first指向的节点会出圈
while(true){
if(helper.getNext() == first){//说明指向了最后一个孩子
break;
}
helper = helper.getNext() ;
}
//小孩报数前,先让first和helper移动 startNo - 1 次
for(int j = 0 ; j < startNo - 1 ; j ++ ){
first = first.getNext() ;
helper = helper.getNext() ;
}
//当小孩报数时,让first和helper指针同时移动m-1次,然后出圈
//这是一个循环操作,直到圈中只有一个节点
while(true){
if(helper == first){
//说明圈中只有一个节点
break ;
}
//让first 和helper同时移动countNum -1 次,然后出圈一位
for(int j = 0 ; j < countNum -1 ; j ++){
first = first.getNext() ;
helper = helper.getNext() ;
}
//这时候first指向的节点,就是出圈小孩节点
System.out.printf("小孩%d 出圈\n" , first.getNo());
//这时将first指向的节点出圈
first = first.getNext() ;
helper.setNext(first);
}
System.out.printf("最后留在圈中的小孩编号为%d \n" , helper.getNo());
}
来源:CSDN
作者:ABC出云
链接:https://blog.csdn.net/weixin_40389106/article/details/104047891