假设您在Java中有一个链表结构。它由节点组成:
class Node {
Node next;
// some user data
}
每个节点都指向下一个节点，除了最后一个节点，它的next为空。假设有一种可能性，列表可以包含一个循环-即最后的节点，而不是有一个空值，有一个引用到列表中它之前的一个节点。
最好的写作方式是什么
boolean hasLoop(Node first)
如果给定的节点是带有循环的列表的第一个，则返回true，否则返回false ?你怎么能写出一个常数的空间和合理的时间呢?
下面是一个带有循环的列表的图片:
当前回答
您甚至可以在常数O(1)时间内完成(尽管它不是非常快或有效):计算机内存可以容纳的节点数量是有限的，比如N条记录。如果遍历超过N条记录，那么就有一个循环。
其他回答
这是我的可运行代码。
我所做的是通过使用三个临时节点(空间复杂度O(1))来对链表进行尊崇，以跟踪链接。
有趣的是，这样做有助于检测链表中的循环，因为当你向前移动时，你不期望回到起点(根节点)，其中一个临时节点应该为null，除非你有一个循环，这意味着它指向根节点。
该算法的时间复杂度为O(n)，空间复杂度为O(1)。
下面是链表的类节点:
public class LinkedNode{
public LinkedNode next;
}
下面是带有三个节点的简单测试用例的主要代码，最后一个节点指向第二个节点:
public static boolean checkLoopInLinkedList(LinkedNode root){
if (root == null || root.next == null) return false;
LinkedNode current1 = root, current2 = root.next, current3 = root.next.next;
root.next = null;
current2.next = current1;
while(current3 != null){
if(current3 == root) return true;
current1 = current2;
current2 = current3;
current3 = current3.next;
current2.next = current1;
}
return false;
}
下面是一个简单的三个节点的测试用例，最后一个节点指向第二个节点:
public class questions{
public static void main(String [] args){
LinkedNode n1 = new LinkedNode();
LinkedNode n2 = new LinkedNode();
LinkedNode n3 = new LinkedNode();
n1.next = n2;
n2.next = n3;
n3.next = n2;
System.out.print(checkLoopInLinkedList(n1));
}
}
我看不出有任何方法可以让这花费固定的时间或空间，两者都会随着列表的大小而增加。
我将使用IdentityHashMap(假设还没有IdentityHashSet)并将每个节点存储到映射中。在存储节点之前，您可以对其调用containsKey。如果节点已经存在，则有一个周期。
ItentityHashMap使用==而不是.equals，这样你就可以检查对象在内存中的位置，而不是它是否具有相同的内容。
你可以使用弗洛伊德的周期寻找算法，也被称为乌龟和野兔算法。 其思想是对列表有两个引用，并以不同的速度移动它们。一个向前移动1个节点，另一个向前移动2个节点。
如果链表有一个循环 一定会见面的。 或者 这两个引用(或下一个) 将变为null。
实现算法的Java函数:
boolean hasLoop(Node first) {
if(first == null) // list does not exist..so no loop either
return false;
Node slow, fast; // create two references.
slow = fast = first; // make both refer to the start of the list
while(true) {
slow = slow.next; // 1 hop
if(fast.next != null)
fast = fast.next.next; // 2 hops
else
return false; // next node null => no loop
if(slow == null || fast == null) // if either hits null..no loop
return false;
if(slow == fast) // if the two ever meet...we must have a loop
return true;
}
}
比弗洛伊德的算法好
Richard Brent描述了一种替代周期检测算法，它很像兔子和乌龟(弗洛伊德周期)，除了这里的慢节点不移动，但随后会以固定的间隔“传送”到快节点的位置。
该描述可在布伦特的周期检测算法(瞬移海龟)。布伦特声称他的算法比弗洛伊德的循环算法快24%到36%。 O(n)时间复杂度，O(1)空间复杂度。
public static boolean hasLoop(Node root) {
if (root == null) return false;
Node slow = root, fast = root;
int taken = 0, limit = 2;
while (fast.next != null) {
fast = fast.next;
taken++;
if (slow == fast) return true;
if (taken == limit) {
taken = 0;
limit <<= 1; // equivalent to limit *= 2;
slow = fast; // teleporting the turtle (to the hare's position)
}
}
return false;
}
乌龟和兔子的另一种解决方案，不太好，因为我暂时改变了列表:
这个想法是遍历列表，并在执行过程中反转它。然后，当你第一次到达一个已经被访问过的节点时，它的next指针将指向“向后”，导致迭代再次朝第一个方向进行，并在那里终止。
Node prev = null;
Node cur = first;
while (cur != null) {
Node next = cur.next;
cur.next = prev;
prev = cur;
cur = next;
}
boolean hasCycle = prev == first && first != null && first.next != null;
// reconstruct the list
cur = prev;
prev = null;
while (cur != null) {
Node next = cur.next;
cur.next = prev;
prev = cur;
cur = next;
}
return hasCycle;
测试代码:
static void assertSameOrder(Node[] nodes) {
for (int i = 0; i < nodes.length - 1; i++) {
assert nodes[i].next == nodes[i + 1];
}
}
public static void main(String[] args) {
Node[] nodes = new Node[100];
for (int i = 0; i < nodes.length; i++) {
nodes[i] = new Node();
}
for (int i = 0; i < nodes.length - 1; i++) {
nodes[i].next = nodes[i + 1];
}
Node first = nodes[0];
Node max = nodes[nodes.length - 1];
max.next = null;
assert !hasCycle(first);
assertSameOrder(nodes);
max.next = first;
assert hasCycle(first);
assertSameOrder(nodes);
max.next = max;
assert hasCycle(first);
assertSameOrder(nodes);
max.next = nodes[50];
assert hasCycle(first);
assertSameOrder(nodes);
}
