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
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;
}
其他回答
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;
}
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;
....
}
}
在这个上下文中，到处都有文本材料的加载。我只是想张贴一个图表表示，真正帮助我掌握概念。
当快、慢在点p相遇时，
快速行进的距离= a+b+c+b = a+2b+c
慢行距离= a+b
因为快的比慢的快2倍。 所以a+2b+c = 2(a+b)然后得到a=c。
因此，当另一个慢指针再次从头部运行到q时，同时，快速指针将从p运行到q，因此它们在q点会合。
public ListNode detectCycle(ListNode head) {
if(head == null || head.next==null)
return null;
ListNode slow = head;
ListNode fast = head;
while (fast!=null && fast.next!=null){
fast = fast.next.next;
slow = slow.next;
/*
if the 2 pointers meet, then the
dist from the meeting pt to start of loop
equals
dist from head to start of loop
*/
if (fast == slow){ //loop found
slow = head;
while(slow != fast){
slow = slow.next;
fast = fast.next;
}
return slow;
}
}
return null;
}
如果链表结构实现了java.util.List. list。我们可以使用列表大小来跟踪我们在列表中的位置。
我们可以遍历节点，将当前节点的位置与上一个节点的位置进行比较。如果我们当前的位置超过了上一个位置，我们就检测到列表在某个地方有一个循环。
这种解决方案需要恒定的空间，但随着列表大小的增加，完成所需的时间会线性增加。
class LinkedList implements List {
Node first;
int listSize;
@Override
int size() {
return listSize;
}
[..]
boolean hasLoop() {
int lastPosition = size();
int currentPosition = 1;
Node next = first;
while(next != null) {
if (currentPosition > lastPosition) return true;
next = next.next;
currentPosition++;
}
return false;
}
}
或作为一种实用工具:
static boolean hasLoop(int size, Node first) {
int lastPosition = size;
int currentPosition = 1;
Node next = first;
while(next != null) {
if (currentPosition > lastPosition) return true;
next = next.next;
currentPosition++;
}
return false;
}
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。)
