【剑指offer刷题日记 Java版】 62. 圆圈中最后剩下的数字

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这个刷题日记主要用于记录整理刷题过程中学习到的知识和解法,有别人提供的解法都标注了来源和出处,仅供自己学习,复习,参考

题目

0,1,,n-1这n个数字排成一个圆圈,从数字0开始,每次从这个圆圈里删除第m个数字。求出这个圆圈里剩下的最后一个数字。

例如,0、1、2、3、4这5个数字组成一个圆圈,从数字0开始每次删除第3个数字,则删除的前4个数字依次是2、0、4、1,因此最后剩下的数字是3。

解法一 用模拟链表解决

参考答案出处

因为是个圆圈,所以可以用链表模拟前后相连的情况,这里运用的是Arraylist,参考出处的作者提到,用LinkedList会超时,因为ArrayList和LinkedList虽然remove非给定位置节点理论上整体速度都是O(n),但是其实在Arraylist的源码中,删除的后面元素其实是整体移动的,从这里看在这题的情况下整体其实是快于LinkedList从而不超时的,详细的可以点进去链接看,作者讲的很清楚了。

class Solution {
    public int lastRemaining(int n, int m) {
        // 处理 edge case,当圆圈里没有数字时
        if(n == 0) return -1;
        ArrayList<Integer> cycle = new ArrayList<Integer>();
        // 把所有的数字都加进这个动态数组
        for(int i = 0; i < n; i ++){
            cycle.add(i);
        } 

        // 还没remove任何一个数时,我们默认从第一个开始
        int indexToRemove = 0;
        
        // 当数组里只剩下最后一个数时,停止,这里其实条件也可以改成 cycle.size() > 1
        while(n > 1){
            // 因为每次是从上一次剔除数的地方再接着开始数,所以是indexToRemove + m
            // 然后,因为每次剔除后,都少了一个数,所以还要减去1
            indexToRemove = (indexToRemove + m - 1)%n;
            cycle.remove(indexToRemove);
            
            // 如果使用的是 cycle.size() > 1,这步可以省略
            n-- ;    
        }
         
        return cycle.get(0);
    }
}

时间复杂度:O(n^2) 总共删n-1次,每次删除的复杂度是O(n),所以整体为O(n*n)

空间复杂度:O(n)

解法二 数学解法

参考答案出处

!!! 这个图和下面的解释,代码均出自上面的出处,非本人原创 !!!! (图里的第一轮后面是01234,不是01434)

很明显我们每次删除的是第 m 个数字,我都标红了。

第一轮是 [0, 1, 2, 3, 4] ,所以是 [0, 1, 2, 3, 4] 这个数组的多个复制。这一轮 2 删除了。

第二轮开始时,从 3 开始,所以是 [3, 4, 0, 1] 这个数组的多个复制。这一轮 0 删除了。

第三轮开始时,从 1 开始,所以是 [1, 3, 4] 这个数组的多个复制。这一轮 4 删除了。

第四轮开始时,还是从 1 开始,所以是 [1, 3] 这个数组的多个复制。这一轮 1 删除了。

最后剩下的数字是 3。

图中的绿色的线指的是新的一轮的开头是怎么指定的,每次都是固定地向前移位 m 个位置。

然后我们从最后剩下的 3 倒着看,我们可以反向推出这个数字在之前每个轮次的位置。

最后剩下的 3 的下标是 0。

第四轮反推,补上 m 个位置,然后模上当时的数组大小 2,位置是(0 + 3) % 2 = 1。

第三轮反推,补上 m 个位置,然后模上当时的数组大小 3,位置是(1 + 3) % 3 = 1。

第二轮反推,补上 m 个位置,然后模上当时的数组大小 4,位置是(1 + 3) % 4 = 0。

第一轮反推,补上 m 个位置,然后模上当时的数组大小 5,位置是(0 + 3) % 5 = 3。

所以最终剩下的数字的下标就是3。因为数组是从0开始的,所以最终的答案就是3。

总结一下反推的过程,就是 (当前index + m) % 上一轮剩余数字的个数。

代码就很简单了。

class Solution {
    public int lastRemaining(int n, int m) {
        if(n == 0) return -1; 
        int ans = 0;
        // 最后一轮剩下1个人,index即我们定义的ans的现在的值0,所以从第二轮开始反推
        for (int i = 2; i <= n; i++) {
            ans = (ans + m) % i;
        }
        return ans;
    }
}

时间复杂度:O(n)

空间复杂度:O(1)