华为OD机试 - 报数问题 - 约瑟夫环（Python/JS/C/C++ 2024 E卷 100分）

news2025/2/23 2:42:09

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专栏导读

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一、题目描述

有n个人围成一圈，顺序排号为1~n。

从第一个人开始报数（从1到3报数），凡报到3的人退出圈子，问最后留下的是原来第几号的那位。

二、输入描述

输入人数n（n < 1000）

三、输出描述

输出最后留下的是原来第几号

四、测试用例

测试用例1：

1、输入

2、输出

3、说明

报数序号为1的人最终报3，因此序号1的人退出圈子，最后剩下序号为2的那位

测试用例2：

1、输入

2、输出

3、说明

按照上述规则，最后剩下的人的编号为 4。

五、解题思路

1、约瑟夫环

这个问题是经典的“约瑟夫环”问题。在这个问题中，n 个人站成一圈，每个人按照顺序报数，报到 3 的人退出圈子，直到只剩下一个人为止。要解决这个问题，我们可以使用数组或链表模拟这个过程，也可以使用数学方法直接找到最后剩下的人的位置。

核心算法是从第一个人开始，顺序报数。每次移除报数到 3 的人，然后继续报数。通过一个索引变量和模运算来模拟环形的报数过程。

模运算处理循环：index = (index + 2) % size 的模运算用于处理圆圈结构，使得报数可以循环进行，即在列表末尾后又从头开始。

2、具体步骤

初始化圈子：将 n 个人的编号加入到一个数据结构中，形成一个环形队列，方便按照顺序报数和移除元素。
模拟报数过程：
- 从第一个人开始报数，每数到 3 的人退出圈子。
- 移除报数到 3 的人后，继续从下一个人开始报数，直到只剩下一个人。
- 我们使用一个索引变量来记录当前报数的位置，利用模运算 (%) 来处理环形报数。
输出结果：循环结束后，列表中只剩下一个人，输出该人的编号。

3、时间复杂度

每次移除一个人，最多需要花费 O(n) 的时间，因为在最坏情况下需要遍历整个列表（比如在使用数组或链表时需要寻找并移除第 k 个元素）。

总共需要进行 n-1 次移除操作，因此时间复杂度是 O(n * n) = O(n^2)。

4、空间复杂度

O(n)，因为需要存储 n 个人的编号。所有算法和数据结构（列表、链表）都需要占用线性空间来存储这些元素。

六、Python算法源码

def find_last_person(n):
    # 初始化圈子，将1到n编号加入列表
    circle = list(range(1, n + 1))

    index = 0  # 当前报数的位置

    # 模拟报数过程，直到只剩一个人
    while len(circle) > 1:
        # 找到要移除的人的位置，报数到3的人退出
        index = (index + 2) % len(circle)  # +2 是因为要报到3（报数从0开始计数）
        circle.pop(index)

    # 返回最后剩下的人的编号
    return circle[0]

if __name__ == "__main__":
    n = int(input())  # 输入人数
    last_person = find_last_person(n)
    print(last_person)

七、JavaScript算法源码

function findLastPerson(n) {
    // 初始化圈子，将1到n编号加入数组
    let circle = [];
    for (let i = 1; i <= n; i++) {
        circle.push(i);
    }

    let index = 0;  // 当前报数的位置

    // 模拟报数过程，直到只剩一个人
    while (circle.length > 1) {
        // 找到要移除的人的位置，报数到3的人退出
        index = (index + 2) % circle.length;  // +2 是因为要报到3（报数从0开始计数）
        circle.splice(index, 1);
    }

    // 返回最后剩下的人的编号
    return circle[0];
}

// 输入人数
let n = parseInt(prompt("请输入人数:"));
let lastPerson = findLastPerson(n);
console.log(lastPerson);

八、C算法源码

#include <stdio.h>

int findLastPerson(int n) {
    int circle[1000];  // 初始化圈子数组
    int size = n;      // 当前圈子中人数

    // 初始化圈子，将1到n编号加入数组
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        circle[i] = i + 1;
    }

    int index = 0;  // 当前报数的位置

    // 模拟报数过程，直到只剩一个人
    while (size > 1) {
        // 找到要移除的人的位置，报数到3的人退出
        index = (index + 2) % size;  // +2 是因为要报到3（报数从0开始计数）

        // 移除报数为3的人，将后面的元素前移
        for (int i = index; i < size - 1; i++) {
            circle[i] = circle[i + 1];
        }
        size--;  // 减少圈子中人数
    }

    // 返回最后剩下的人的编号
    return circle[0];
}

int main() {
    int n;
    printf("请输入人数: ");
    scanf("%d", &n);  // 输入人数

    int lastPerson = findLastPerson(n);
    printf("%d\n", lastPerson);

    return 0;
}

九、C++算法源码

#include <iostream>
#include <list>

using namespace std;

int findLastPerson(int n) {
    list<int> circle;

    // 初始化圈子，将1到n编号加入列表
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        circle.push_back(i);
    }

    auto it = circle.begin();  // 当前报数的位置

    // 模拟报数过程，直到只剩一个人
    while (circle.size() > 1) {
        // 找到要移除的人的位置，报数到3的人退出
        for (int count = 0; count < 2; count++) {  // +2 是因为要报到3
            it++;
            if (it == circle.end()) {
                it = circle.begin();  // 循环到列表开头
            }
        }
        it = circle.erase(it);  // 移除当前报数为3的人
        if (it == circle.end()) {
            it = circle.begin();  // 如果到达列表末尾，循环到开头
        }
    }

    // 返回最后剩下的人的编号
    return circle.front();
}

int main() {
    int n;
    cout << "请输入人数: ";
    cin >> n;  // 输入人数

    int lastPerson = findLastPerson(n);
    cout << lastPerson << endl;

    return 0;
}