一、导言
约瑟夫环（Josephus Problem）是一个经典的数学问题，涉及一个编号为 1 到 n 的人围成一圈，从第一个人开始报数，报到某个数字 m 的人出列，然后再从下一个人开始报数，如此循环，直到所有人都出列。本篇博客将详细解析约瑟夫环问题，并使用 Python 实现算法。
二、问题分析
在约瑟夫环问题中，有两个变量需要确定：人数 n 和报数的数字 m。当给定 n 和 m 后，需要确定最后留下的人的编号。例如，当 n=7，m=3 时，约瑟夫环问题的过程如下：
- 1 2 3 4 5 6 7 （初始状态）
- 1 2 4 5 6 7（第3个人出列，报数到3）
- 1 2 4 5 7（第6个人出列，报数到3）
- 1 4 5 7（第2个人出列，报数到3）
- 1 4 5（第7个人出列，报数到3）
- 1 4（第5个人出列，报数到3）
- 4（第1个人出列，报数到3）
因此，最后留下的人的编号为 4。
三、解决方案
解决约瑟夫环问题的一种常见思路是使用循环链表。首先，我们可以创建一个循环链表，并将人的编号作为节点的值。然后，从第一个节点开始，依次报数，当报数到达 m 时，移除当前节点，继续下一个节点，直到只剩下一个节点为止。
下面是使用 Python 实现约瑟夫环问题的代码：
"""
定义单向链表节点类
"""
class Node:def __init__(self, value):# 节点的值self.value = value# 指向下一个节点self.next = Noneclass CircularLinkedList:def __init__(self):self.head = Nonedef append(self, value):"""append: 在链表末尾添加一个新节点，如果链表为空，则将头节点指向新节点，新节点的 next 指针指向头节点，否则遍历链表找到尾节点并将其 next 指向新节点，同时新节点的 next 指针指向头节点，以形成循环:param value::return:"""new_node = Node(value)if not self.head:self.head = new_nodeself.head.next = self.headelse:current = self.head# 循环找到最后一个节点while current.next != self.head:current = current.nextcurrent.next = new_nodenew_node.next = self.headdef remove(self, value):"""从链表中移除一个值为 value 的节点遍历链表找到要移除的节点，并将其前一个节点的 next 指针跳过该节点，实现移除操作。:param value::return:"""if not self.head:# 头节点为空执行# 如果链表为空，则结束方法returncurrent = self.headprev = Nonewhile True:if current.value == value:if current == self.head:temp = self.headwhile temp.next != self.head:temp = temp.nexttemp.next = self.head.nextself.head = self.head.nextelse:prev.next = current.nextbreakprev = currentcurrent = current.nextif current == self.head:breakdef get_survivor(self, m):"""根据约瑟夫环问题，找到最后留下的人的编号，其中参数 m 表示每次移除第 m 个人。使用循环遍历链表，每次移除第 m 个节点，直到只剩下一个节点为止，返回该节点的值。:param m::return:"""current = self.headwhile current.next != current:count = 1while count != m:current = current.nextcount += 1self.remove(current.value)current = current.nextreturn current.valuedef josephus(n, m):linked_list = CircularLinkedList()for i in range(1, n+1):linked_list.append(i)return linked_list.get_survivor(m)if __name__ == '__main__':n = 5m = 2survivor = josephus(n, m)print(f"The survivor's number is: {survivor}")
