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C++研究

C++細(xì)節(jié)深度探索及軟件工程

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算法要求:試設(shè)計(jì)一個算法,將數(shù)組A[0..n-1]中的元素循環(huán)右移K位,并要求只用一個元素大小的存儲

空間。元素移動或交換的次數(shù)為O(n)


【分析】:本題的應(yīng)用環(huán)境很廣泛,在實(shí)用中有很重要意義,如:實(shí)現(xiàn)高階乘除法,在游戲選關(guān)和各種

特效中經(jīng)常用到。目前手機(jī)等移動設(shè)備應(yīng)用開發(fā)方興未艾,對此常用算法做一個深入的探討很有必要。

作者: 天津大學(xué)計(jì)算機(jī)系    常興龍  MSN:cxl82116@msn.com 

    本題的難點(diǎn)在于同時對空間復(fù)雜度與時間復(fù)雜度都做了很高的要求,但就本題來講,仍有很多種解

法。這里,探討常見的三種解法:
               1.由于每個元素,跟與它相距r×k位形成了一個“循環(huán)”,因此算法保證每次都有一至

二個元素正確歸位,設(shè)一個計(jì)數(shù)變量,當(dāng)計(jì)數(shù)變量到達(dá)n時,算法結(jié)束
               2.對1解法求精,1解中可能使一個元素多于一次的移動,但如果找到n與k的最大公約數(shù)

,就可以解決此問題,從而保證每個元素只移動一次。
               3.第三種思想有一定的技巧,直觀理解比較困難,但手有有一副撲克牌,就能清楚地看

到整個過程(把整個排列看成是一個環(huán)形)。它的算法是:先逆轉(zhuǎn)前n-k個元素,再逆轉(zhuǎn)后K個元素,再

把整個序列逆轉(zhuǎn)。

void EMove(int A[n] , int k)
{
    
for(int i = 0 ; i < n;) //i為到位的元素個數(shù),做為算法出口
    {
    
/**//* t是需要到位的元素的靜態(tài)指針 s 指向下一個K步到達(dá)的位置 ,
        r初值為1 ,在每一循環(huán)圈中置初值一次,做為步進(jìn)值
*/

        s 
= ( t + r * k ) % n ;  
        A[t]
<-->A[s]; //用A[t]為緩沖空間 , 使此鏈上一個記錄到位,到位位置的記錄緩存到緩沖區(qū)中
        r++ ; i++;
        s 
= ( t +*k) %n;
        
if(s == t) //使兩個記錄到位,一圈結(jié)束
        {
            t
++;    //選擇親的起始點(diǎn)
            r=1;
            i
++;
        }
//if
    }
//for
}

[解二]
void EMove(int A[n] , int k)
{
    
for ( int i = 1; i <= k; i++ )
        
if ( n%== 0 && k%==0 ) p = j; 
        
/**//*上面為求最大公約數(shù)的O(n)寫法之一,還可以這么寫:
            int p= int();  //這也是一個C++新奇的寫法,int = 0,稍用一下構(gòu)造函數(shù)
            while( n !=0 && k !=0)
            {
            n>k ? n%=k:k%=n;
            }
            p = n==0?k:n;
            p為n與k的最大公約數(shù)
            比較性能:注釋中的log(N)性能更好,但是破壞原來數(shù)據(jù),
            如果保留原數(shù)據(jù),輾轉(zhuǎn)一下,得不償失,這也是棄用的理由
        
*/

        
for ( i = 0 ; i < p ; i++//最大公約數(shù),實(shí)質(zhì)為保證每個元素都到位的子圈數(shù)目
        //極限情況,若 n與k最大公約為1,則一圈就能成功,無需另先起點(diǎn)
            j = i;
            m 
= ( i + k ) % n;
            temp 
= A[i]; //緩存
            while( m != i)
            
{
                
//利用A[j],交換 temp 與A[m]的值
                
//A[j]為本次要到位的元素
                
//A[m]存本次己位的元素
                
//temp 緩存下次要到位的元素
                A[j] = temp ; 
                temp 
= A[m] ; 
                A[m] 
= A[j] ; 
                
//前進(jìn)一步
                j = m ;
                m 
= ( j + k ) % n ;
                
            }
//while
        }
//for
}
//Emove

[解三]
void Emove ( int A[n] , int k )
{
    
for ( i=0 ; i < ( n - k ) / 2 ; i++ )
    
{
        A[i]
<-->A[ n-k-1-i];
        
    }
//逆轉(zhuǎn)前n-k
    for( i = n - k ; i < ( 2*- k) /2 ; i++)
    
{
        A[n
-k+i]<-->A[k-1+i];
    }
 //逆轉(zhuǎn)后K項(xiàng)
    for ( i = 0 ; i < n/2 ; i++ )
    
{
        A[i]
<-->A[n-1-i];
    }
//逆轉(zhuǎn)整個鏈
}



補(bǔ)充:

[1]反轉(zhuǎn)鏈的下標(biāo)確定方法,可以通俗的描寫

從 『鏈開始下標(biāo)』到 (『鏈終止下標(biāo)』-『鏈開始下標(biāo)』)/2 ,反復(fù)做

     交換 『鏈開始下標(biāo)+i』,『鏈終止下標(biāo)-i』

[2]定義符號<-->為

Swap( int & i , int & j )
{
    
int temp = i ;
    i 
= j ; 
    j 
= temp
}


關(guān)于交換算法,還有一種線性代數(shù)矩陣的寫法

//交換x,y
Swap( int & x , int & y )
{
    
    x
=x+y;
    y
=x-y;
    x
=x-y;
}


【思考】如果把本題擴(kuò)充一下,改為把A中的一個子序列擴(kuò)右移K位(其余要求不變)的算法?(進(jìn)一步

要求能夠處理K>子序列長度的情況?)(下次提供答案)

posted on 2007-05-15 10:03 常興龍 閱讀(2526) 評論(6)  編輯 收藏 引用 所屬分類: Algorithm

評論

# re: 精煉循環(huán)右移[未登錄] 2007-07-06 16:53 yong
第三種有意思,呵呵,怎么推出來的,琢磨琢磨...  回復(fù)  更多評論
  

# re: 精煉循環(huán)右移 2008-08-29 20:08 李銳
我也要好好看看,謝謝了  回復(fù)  更多評論
  

# re: 精煉循環(huán)右移 2010-04-18 20:52 zy天
A[n-k+i]<-->A[k-1+i];
應(yīng)該是A[n-k+1]<-->A[k-1+i]  回復(fù)  更多評論
  

# re: 精煉循環(huán)右移 2010-04-28 22:28 tengzhao201
//最高效的循環(huán)右移算法!!
//這個是遞歸的寫法
//author:tengzhao201 QQ:715572192
//time:2010-4-24
//時間復(fù)雜度為O(n),空間復(fù)雜度O(1),交換點(diǎn)在中間時比逆序法快一倍!!!
//提速要點(diǎn):由于取模運(yùn)算的效率很低,去掉了取模運(yùn)算后效率得到大提升;swap函數(shù)效率低,引入了temp變量
void TZshift1(int* arr,int N,int K)
{
K=K%N;

if(0==K)return;

int temp,qq,pp=0;
pp=0;qq=K;
for(int i=0;i<N-K;i++,pp++,qq++)
{
//swap(arr[i%K],arr[i+K]);//問題的關(guān)鍵在于找到原來的第i個元素現(xiàn)在在哪里,通過觀察可以發(fā)現(xiàn)在arr[i%K]的位置,下面的代碼實(shí)現(xiàn)了arr[i%K]和arr[i+K]的互換
if(K==pp)pp=0;
temp=arr[pp];
arr[pp]=arr[qq];
arr[qq]=temp;
}

TZshift1(arr,K,K-pp);
}

//最高效的循環(huán)右移算法!!
//非遞歸的寫法
//author:tengzhao201 QQ:715572192
//time:2010-4-24
//時間復(fù)雜度為O(n),空間復(fù)雜度O(1),交換點(diǎn)在中間時比逆序法快一倍!!!
//提速要點(diǎn):采用非遞歸算法
void TZshift2(int* arr,int N,int K)
{
K=K%N;
if(0==K)
return;

//int count=0;
int temp,qq,pp=0;

while(K>0)
{
pp=0;qq=K;
for(int i=0;i<N-K;i++,pp++,qq++)
{
//swap(arr[i%K],arr[i+K]);//問題的關(guān)鍵在于找到原來的第i個元素現(xiàn)在在哪里,通過觀察可以發(fā)現(xiàn)在arr[i%K]的位置,下面的代碼實(shí)現(xiàn)了arr[i%K]和arr[i+K]的互換

if(K==pp)pp=0;
temp=arr[pp];
arr[pp]=arr[qq];
arr[qq]=temp;
//count+=2;
}
N=K;
if(0==pp)
return;
K-=pp;
//TZshift(arr,K,K-pp);
}
//cout<<"In tatal,has used "<<count<<" steps."<<endl;
}  回復(fù)  更多評論
  

# re: 精煉循環(huán)右移 2010-04-29 10:46 tengzhao201
http://download.csdn.net/source/2296222  回復(fù)  更多評論
  

# re: 精煉循環(huán)右移 2010-04-29 10:47 tengzhao201
最高效循環(huán)右移課程設(shè)計(jì)下載地址:
http://download.csdn.net/source/2296222  回復(fù)  更多評論
  

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