Java数据结构之单向环形链表（解决Josephu约瑟夫环问题）

Posted 2022-05-10 mwcloud

1.Josephu（约瑟夫、约瑟夫环）问题：

设编号为1，2，… n的n个人围坐一圈，约定编号为k（1<=k<=n）的人从1开始报数，数到m 的那个人出列，它的下一位又从1开始报数，数到m的那个人又出列，依次类推，直到所有人出列为止，由此产生一个出队编号的序列。

提示：

用一个不带头结点的循环链表来处理Josephu 问题：先构成一个有n个结点的单循环链表，然后由k结点起从1开始计数，计到m时，对应结点从链表中删除，然后再从被删除结点的下一个结点又从1开始计数，直到最后一个结点从链表中删除算法结束。

2.单向环形链表示意图

3.约瑟夫问题的示意图

4.创建环形链表的思路

1）构建一个单向的环形链表思路

• 先创建第一个节点，让first指向该节点，并形成环形
• 后面当我们每创建一个新的节点，就把该节点加入到已有的环形链表中即可。

2）遍历环形链表

• 先让一个辅助指针（变量）curBoy，指向first节点
• 然后通过一个while循环遍历该环形链表即可，curBoy.next == first结束

5. 约瑟夫问题小孩出圈的思路分析

6.代码实现

public class Josepfu 

    public static void main(String[] args) 
        // 测试一把看看构建环形链表，和遍历是否ok
        CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
        circleSingleLinkedList.addBoy(125);// 加入5个小孩节点
        circleSingleLinkedList.showBoy();
        
        //测试一把小孩出圈是否正确
        circleSingleLinkedList.countBoy(10, 20, 125); // 2->4->1->5->3
        //String str = "7*2*2-5+1-5+3-3";
    



// 创建一个环形的单向链表
class CircleSingleLinkedList 
    // 创建一个first节点,当前没有编号
    private Boy first = null;

    // 添加小孩节点，构建成一个环形的链表
    public void addBoy(int nums) 
        // nums 做一个数据校验
        if (nums < 1) 
            System.out.println("nums的值不正确");
            return;
        
        Boy curBoy = null; // 辅助指针，帮助构建环形链表
        // 使用for来创建我们的环形链表
        for (int i = 1; i <= nums; i++) 
            // 根据编号，创建小孩节点
            Boy boy = new Boy(i);
            // 如果是第一个小孩
            if (i == 1) 
                first = boy;
                first.setNext(first); // 构成环
                curBoy = first; // 让curBoy指向第一个小孩
             else 
                curBoy.setNext(boy);//
                boy.setNext(first);//
                curBoy = boy;
            
        
    

    // 遍历当前的环形链表
    public void showBoy() 
        // 判断链表是否为空
        if (first == null) 
            System.out.println("没有任何小孩~~");
            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(); // curBoy后移
        
    

    // 根据用户的输入，计算出小孩出圈的顺序
    /**
     * 
     * @param startNo
     *            表示从第几个小孩开始数数
     * @param countNum
     *            表示数几下
     * @param nums
     *            表示最初有多少小孩在圈中
     */
    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;
        
        // 创建要给辅助指针,帮助完成小孩出圈
        Boy helper = first;
        // 需求创建一个辅助指针(变量) helper , 事先应该指向环形链表的最后这个节点
        while (true) 
            if (helper.getNext() == first)  // 说明helper指向最后小孩节点
                break;
            
            helper = helper.getNext();
        
        //小孩报数前，先让 first 和  helper 移动 k - 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 的移动  m  - 1 次, 然后出圈
        //这里是一个循环操作，知道圈中只有一个节点
        while(true) 
            if(helper == first)  //说明圈中只有一个节点
                break;
            
            //让 first 和 helper 指针同时 的移动 countNum - 1
            for(int j = 0; j < countNum - 1; j++) 
                first = first.getNext();
                helper = helper.getNext();
            
            //这时first指向的节点，就是要出圈的小孩节点
            System.out.printf("小孩%d出圈\\n", first.getNo());
            //这时将first指向的小孩节点出圈
            first = first.getNext();
            helper.setNext(first); //
            
        
        System.out.printf("最后留在圈中的小孩编号%d \\n", first.getNo());
        
    


// 创建一个Boy类，表示一个节点
class Boy 
    private int no;// 编号
    private Boy next; // 指向下一个节点,默认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;