程序员编程艺术(算法卷):第一章、左旋转字符串 (7)

举个例子来说明一下,例如对于m=3,n=4的情况,
        1、我们得到的序列:即通过上述式子求出来的k序列,是0, 3, 2, 1
        2、然后,你只要只需按这个顺序赋值一遍就达到左旋3的目的了:
    ch[0]->temp, ch[3]->ch[0], ch[2]->ch[3], ch[1]->ch[2], temp->ch[1];   (*) 

程序员编程艺术(算法卷):第一章、左旋转字符串

ok,这是不是就是按上面(*)式子的顺序所依次赋值的序列阿?哈哈,很巧妙吧。当然,以上只是特例,作为一个循环链,相当于rotate算法的一次内循环。

2、对于正整数m、n不是互为质数的情况(因为不可能所有的m,n都是互质整数对),那么我们把它分成一个个互不影响的循环链,正如flyinghearts所言,所有序号为 (j + i * m) % nj为0到gcd(n, m)-1之间的某一整数,i = 0:n-1会构成一个循环链,一共有gcd(n, m)个循环链,对每个循环链分别进行一次内循环就行了。

综合上述两种情况,可简单编写代码如下:

后来有网友针对上述的思路④,给出了下述的证明:
    1、首先,直观的看肯定是有循环链,关键是有几条以及每条有多长,根据(i+j *m) % n这个表达式可以推出一些东东,一个j对应一条循环链,现在要证明(i+j *m) % n有n/gcd(n,m)个不同的数。
    2、假设j和k对应的数字是相同的, 即(i+j*m)%n = (i+k*m)%n, 可以推出n|(j-k)*m,m=m’*gcd(n.m), n=n’*gcd(n,m), 可以推出n’|(j-k)*m’,而m’和n’互素,于是n’|(j-k),即(n/gcd(n,m))|(j-k),
    3、所以(i+j*m) % n有n/gcd(n,m)个不同的数。则总共有gcd(n,m)个循环链。符号“|”是整除的意思。
以上的3点关于为什么一共有gcd(n, m)个循环链的证明,应该是来自qq3128739xx的,非常感谢这位朋友。

3.2、以下,便是摘自sgi stl v3.3版中的stl_algo_h文件里,有关rotate的实现的代码:

由于上述stl rotate源码中,方案④ 的代码,较复杂,难以阅读,下面是对上述第④ 方案的简单改写:

对上述程序的解释:关于第二个for循环中,j初始化为(i+)%n,程序注释中已经说了,i+k为i右移k的位置,%n是当i+k>n时从左重新开始。为什么要这么做呢?很简单,n个数的数组不管循环左移多少位,用上述程序的方法一共需要交换n次。当i+k>=n时i+k表示的位置在数组中不存在了,所以又从左边开始的(i+k)%n是下一个交换的位置。

好比5个学生,,编号从0开始,即0 1 2 3 4,老师说报数,规则是从第一个学生开始,中间隔一个学生报数。报数的学生编号肯定是0 2 4 1 3。这里就相当于i为0,k为2,n为5 

然后老师又说,编号为0的学生出列,其他学生到在他前一个报数的学生位置上去,那么学生从0 1 2 3 4=》2 3 4 _ 1,最后老师说,编号0到剩余空位去,得到最终排位2 3 4 0 1。此时的结果,实际上就是相当于上述程序中左移k=2个位置了。而至于为什么让 编号为0 的学生 出列。实际是这句:int last = i; 因为要达到这样的效果0 1 2 3 4 => 2 3 4 0 1,那么2 3 4 必须要移到前面去。怎么样,明白了么?。

关于本题,不少网友也给出了他们的意见,具体请参见此帖子微软100题,维护地址。 

第五节、总结 
     如nossiac所说,对于这个数组循环移位的问题,真正最靠谱的其实只有俩种:一种是上文的思路一,前后部分逆置翻转法,第二种是思路三,即stl 里的rotate算法,其它的思路或方法,都是或多或少在向这俩种方法靠拢。

下期更新:程序员面试题狂想曲:第二章。时间:本周周日04.24晚。非常感谢各位朋友的,支持与关注。本人宣告:本程序员面试题狂想曲系列,永久更新
本章完。

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