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
我不确定这个答案是否适用于Java，但我仍然认为它属于这里:
当我们在现代体系结构中使用指针时，我们可以期望它们是CPU字对齐的。对于64位体系结构，这意味着指针的前3位始终为零。这让我们可以使用这个内存来标记我们已经见过的指针，通过对它们的第一个比特写入1。
如果我们遇到一个指针，它的第一个位已经写了1，那么我们已经成功地找到了一个循环，之后我们需要再次遍历结构，并将这些位屏蔽掉。完成了!
这种方法被称为指针标记，它在低级编程中被过度使用，例如Haskell在一些优化中使用它。
其他回答
下面是快速/慢速解决方案的改进，它正确地处理奇数长度的列表并提高了清晰度。
boolean hasLoop(Node first) {
Node slow = first;
Node fast = first;
while(fast != null && fast.next != null) {
slow = slow.next; // 1 hop
fast = fast.next.next; // 2 hops
if(slow == fast) // fast caught up to slow, so there is a loop
return true;
}
return false; // fast reached null, so the list terminates
}
public boolean hasLoop(Node start){
TreeSet<Node> set = new TreeSet<Node>();
Node lookingAt = start;
while (lookingAt.peek() != null){
lookingAt = lookingAt.next;
if (set.contains(lookingAt){
return false;
} else {
set.put(lookingAt);
}
return true;
}
// Inside our Node class:
public Node peek(){
return this.next;
}
请原谅我的无知(我对Java和编程仍然相当陌生)，但为什么上面的方法不能工作呢?
I guess this doesn't solve the constant space issue... but it does at least get there in a reasonable time, correct? It will only take the space of the linked list plus the space of a set with n elements (where n is the number of elements in the linked list, or the number of elements until it reaches a loop). And for time, worst-case analysis, I think, would suggest O(nlog(n)). SortedSet look-ups for contains() are log(n) (check the javadoc, but I'm pretty sure TreeSet's underlying structure is TreeMap, whose in turn is a red-black tree), and in the worst case (no loops, or loop at very end), it will have to do n look-ups.
乌龟和兔子
看看波拉德的算法。这不是完全相同的问题，但也许你会理解其中的逻辑，并将其应用于链表。
(如果你很懒，你可以看看周期检测——看看关于乌龟和兔子的那部分。)
这只需要线性时间和2个额外的指针。
在Java中:
boolean hasLoop( Node first ) {
if ( first == null ) return false;
Node turtle = first;
Node hare = first;
while ( hare.next != null && hare.next.next != null ) {
turtle = turtle.next;
hare = hare.next.next;
if ( turtle == hare ) return true;
}
return false;
}
(大多数解决方案不会同时检查next和next。接下来是null。此外，因为乌龟总是在后面，你不需要检查它是否为空——兔子已经检查过了。)
这种方法有空间开销，但实现更简单:
循环可以通过在Map中存储节点来标识。在放置节点之前;检查节点是否已经存在。如果节点已经存在于映射中，则意味着链表有循环。
public boolean loopDetector(Node<E> first) {
Node<E> t = first;
Map<Node<E>, Node<E>> map = new IdentityHashMap<Node<E>, Node<E>>();
while (t != null) {
if (map.containsKey(t)) {
System.out.println(" duplicate Node is --" + t
+ " having value :" + t.data);
return true;
} else {
map.put(t, t);
}
t = t.next;
}
return false;
}
用户unicornaddict上面有一个很好的算法，但不幸的是，它包含一个错误，用于奇数长度>= 3的非循环列表。问题是，快的可能会在列表结束之前“卡住”，慢的会赶上它，然后就会(错误地)检测到循环。
这是修正后的算法。
static 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 = null;
else
fast = fast.next.next; // 2 hops.
if(fast == null) // if fast hits null..no loop.
return false;
if(slow == fast) // if the two ever meet...we must have a loop.
return true;
}
}
