检测单链表中是否有环--快慢指针法
来源:互联网 发布:office2010 mac破解版 编辑:程序博客网 时间:2024/06/06 16:47
问题描述:在单向链表中,每个结点都包含一个指向下一个结点的指针,最后一个结点的这个指针被设置为空。但如果把最后一个结点的指针指向链表中存在的某个结点,就会形成一个环,在顺序遍历链表的时候,程序就会陷入死循环。
我们的问题就是,如何检测一个链表中是否有环,如果检测到环,如何确定环的入口点(即求出环长,环前面的链长)。
一种比较耗空间的做法是,从头开始遍历链表,把每次访问到的结点(或其地址)存入一个集合(hashset)或字典(dictionary),如果发现某个结点已经被访问过了,就表示这个链表存在环,并且这个结点就是环的入口点。这需要O(N)空间和O(N)时间,其中N是链表中结点的数目。
如果要求只是用O(1)空间、O(N)时间,应该怎么处理呢?
其实很简单,想象一下在跑道上跑步:两个速度不同的人在操场跑道上一圈一圈地跑,他们总会有相遇的时候。因此我们只需要准备两个指针,同时从链表头出发,一个每次往前走一步,另一个每次往前走两步。如果链表没有环,那么经过一段时间,第二个(速度较快的)指针就会到达终点;但如果链表中有环,两个指针就会在环里转圈,并会在某个时刻相遇。
大家也许会问,这两个指针要在环里转多少圈才能相遇呢?会不会转几千几万圈都无法相遇?实际上,第一个(速度慢的)指针在环里转满一圈之前,两个指针必然相遇。不妨设环长为L,第一个指针P1第一次进入环时,第二个指针P2在P1前方第a个结点处(0 < a < L),设经过x次移动后两个指针相遇,那么应该有0+x = a + 2x (mod L),显然x = L-a。下面这张图可以清晰地表明这种关系,经过x = L-a次移动,P1向前移动了L-a个位置(相当于后退了a),到达P1′处,而P2向前移动了2L-2a个位置(相当于后退了2a),到达P2′处,显然P1′和P2′是同一点。
慢指针(P1)转一周之内,必然与快指针(P2)相遇
在知道链表内有环后,求环长是一件非常简单的事情,只要从刚才那个相遇点开始,固定P2,继续移动P1,直到P1与P2再次相遇,所经过的步数就是环长。
怎么求环前面那段子链的长度呢?很简单,让P1和P2都回到链表起点,然后让P2先往前走L次(每次往前走一步),然后P1和P2再同时往前走,当它们再次相遇时,P1所走的步数就是环前面的子链长度。
算法:
def CheckRing(head): l1 = 0 # length of the chain before the ring l2 = 0 # length of the ring # Check if there is a ring. pos1 = head pos2 = head while pos2 and pos2.next: pos1 = pos1.next pos2 = pos2.next.next l1 += 2 if pos2 and pos1 == pos2: l2 = 1 break if not l2: if pos2: l1 += 1 return (l1, l2) # l2 should be 0 # Calc the length of the ring. pos1 = pos2.next while pos1 != pos2: pos1 = pos1.next l2 += 1 # Calc the length of the chain before the ring. l1 = 0 pos1 = head pos2 = head for i in xrange(l2): pos2 = pos2.next while pos1 != pos2: pos1 = pos1.next pos2 = pos2.next l1 += 1 return (l1, l2)
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