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
如果允许我们嵌入类Node，我将像下面实现的那样解决这个问题。hasLoop()在O(n)时间内运行，并且只占用计数器的空间。这是不是一个合适的解决方案?或者是否有一种不嵌入Node的方法?(显然，在真正的实现中会有更多的方法，如RemoveNode(Node n)等。)
public class LinkedNodeList {
Node first;
Int count;
LinkedNodeList(){
first = null;
count = 0;
}
LinkedNodeList(Node n){
if (n.next != null){
throw new error("must start with single node!");
} else {
first = n;
count = 1;
}
}
public void addNode(Node n){
Node lookingAt = first;
while(lookingAt.next != null){
lookingAt = lookingAt.next;
}
lookingAt.next = n;
count++;
}
public boolean hasLoop(){
int counter = 0;
Node lookingAt = first;
while(lookingAt.next != null){
counter++;
if (count < counter){
return false;
} else {
lookingAt = lookingAt.next;
}
}
return true;
}
private class Node{
Node next;
....
}
}
其他回答
如果允许我们嵌入类Node，我将像下面实现的那样解决这个问题。hasLoop()在O(n)时间内运行，并且只占用计数器的空间。这是不是一个合适的解决方案?或者是否有一种不嵌入Node的方法?(显然，在真正的实现中会有更多的方法，如RemoveNode(Node n)等。)
public class LinkedNodeList {
Node first;
Int count;
LinkedNodeList(){
first = null;
count = 0;
}
LinkedNodeList(Node n){
if (n.next != null){
throw new error("must start with single node!");
} else {
first = n;
count = 1;
}
}
public void addNode(Node n){
Node lookingAt = first;
while(lookingAt.next != null){
lookingAt = lookingAt.next;
}
lookingAt.next = n;
count++;
}
public boolean hasLoop(){
int counter = 0;
Node lookingAt = first;
while(lookingAt.next != null){
counter++;
if (count < counter){
return false;
} else {
lookingAt = lookingAt.next;
}
}
return true;
}
private class Node{
Node next;
....
}
}
你也可以使用上述答案中所建议的弗洛伊德乌龟算法。
该算法可以检查单链表是否具有闭合循环。 这可以通过迭代带有两个移动速度不同的指针的列表来实现。通过这种方式，如果存在一个循环，两个指针将在未来的某个时间点相遇。
请随意查看我关于链表数据结构的博客文章，在那里我还包含了一个用java语言实现上述算法的代码片段。
问候,
安德烈亚斯 （@xnorcode）
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);
}
检测链表中的循环可以用最简单的方法之一来完成，使用hashmap会导致O(N)复杂度，使用基于排序的方法会导致O(NlogN)复杂度。
当您从head开始遍历列表时，创建一个已排序的地址列表。当您插入一个新地址时，检查该地址是否已经在已排序的列表中，这需要O(logN)复杂度。
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;
}
}
