演算法 判斷乙個鍊錶是否有環及環開始的位置

2021-07-24 23:18:16 字數 2487 閱讀 9191

這是一道很常見的面試問題,,只用兩個變數通過o(n)的時間複雜度就可以解決。

floyd cycle detection演算法,也叫做tortoise and hare演算法,龜兔演算法吧。

以下內容為對思路重新梳理了一下,參考了stackoverflow論壇的討論

和thestoryofsnow的部落格

**來自thefutureisour

問題:如何檢測乙個鍊錶是否有環,如果有,那麼如何確定環的起點.

龜兔解法的基本思想可以用我們跑步的例子來解釋,如果兩個人同時出發,如果賽道有環,那麼快的一方總能追上慢的一方。進一步想,追上時快的一方肯定比慢的一方多跑了幾圈,即多跑的路的長度是圈的長度的倍數。

基於上面的想法,floyd用兩個指標,乙個慢指標(龜)每次前進一步,快指標(兔)指標每次前進兩步(兩步或多步效果是等價的,只要乙個比另乙個快就行,從後面的討論我們可以看出這一點。ps:考慮乙個鍊錶a有1000000個結點的環,鍊錶b是有1000000個的非環的結點,然後再加乙個只有3個結點的小環,如果兔子跑的更快點,即每次前進多於2步,那麼能更快的檢測鍊錶a,但鍊錶b就很慢,因為要一直繞圈等烏龜,所以選擇2步是乙個tradeoff)。如果兩者在煉表頭以外的某一點相遇(即相等)了,那麼說明鍊錶有環,否則,如果(快指標)到達了鍊錶的結尾,那麼說明沒環。

證明如下:

這樣做的道理我用下**釋

假設起點到環的起點距離為m,已經確定有環,環的周長為n,(第一次)相遇點距離環的起點的距離是k。那麼當兩者相遇時,慢指標移動的總距離為i,因為快指標移動速度為慢指標的兩倍,那麼快指標的移動距離為2i

1) i = m + p * n + k

2) 2i = m + q * n + ki

其中,p和q分別為慢指標和快指標在第一次相遇時轉過的圈數。

2 ( m + p * n + k ) = m + q * n + k

=> 2m + 2pn + 2k = m + nq + k

=> m + k = ( q - 2p ) n

只要有一組p,q,k滿足這個式子,假設就成立了。

我們假設

p = 0

q = m

k = m n - m

那麼我們證明如下

m + k = ( q - 2p ) n

=> m + mn - m = ( m - 2*0) n

=> mn = mn.

這時,i為

i = m + p n + k

=> m + 0 * n + mn - m = mn.

假設成立。

環的檢測

環的檢測是floyd解法的第二部分。

一旦烏龜和兔子相遇,將慢指標移到鍊錶起點,快指標還在他們相遇的地方,即離環的起點距離k的地方。然後慢指標和快指標同時移動,每次移動一步,那麼兩者再次相遇的地方就是環的起點。

證明如下:

讓烏龜和兔子都同時移動m+k步,烏龜到了他們最初遇見的地方(遠離環起點k的位置)

之前我們得到 m + k = (q - 2p) n

即兔子走了q-2p圈,也到了和烏龜同樣的位置

現在我們不讓烏龜走 m+k 步,讓烏龜只走 m 步,兔子也後退k步,即到了環的起點,這是他們第一次相遇的地方。

當他們相遇時,烏龜走的步數就是環的地點在的位置。

求環的長度的問題,第一次相遇後,再次相遇時,走的距離就是環的長度。

#include

typedef struct node

node,*pnode;

//判斷是否有環

bool isloop(pnode phead)

} if(fast ==

null

|| fast->next ==

null )

return

false;

else

return

true;

} //計算環的長度

int looplength(pnode phead)

//計數

if(begin ==

true)

++length;

} return length;

} //求出環的入口點

node* findloopentrance(pnode phead)

} if(fast ==

null

|| fast->next ==

null)

return

null;

slow = phead;

while(slow != fast)

return slow;

}

演算法 判斷乙個鍊錶是否有環

解題思路 定義兩個指標fast和slow,其中fast是快指標,slow是慢指標,二者的初始值都指向煉表頭,slow每前進一步,fast每次前進兩步,兩個指標同時向前移動,快指標每移動一次都要和慢指標比較,直到當快指標等於慢指標為止,就證明這個鍊錶是帶環的單向鍊錶,否則,證明這個鍊錶是不帶環的迴圈鍊...

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