• 判断单链表中是否存在环及查找环的入口点


    面试中冷不丁的被问起了单链表中关于环的知识点,汗颜啊(⊙﹏⊙)b,真是好记性不如烂笔头啊,有些东西还是得理解下来才行,废话不说,上菜!

    问题1:如何判断单链表中是否存在环(即上图中从结点E到结点R组成的环)?

    解答: 设一快一慢两个指针(实际上是两个迭代器,Node *fast, *low)同时从链表起点开始遍历,其中快指针每次移动长度为2,慢指针则为1。则若无环,开始遍历之后fast不可能与low重合,且fast或fast->next最终必然到达NULL;若有环,则fast必然不迟于low先进入环,且由于fast移动步长为2,low移动步长为1,则在low进入环后继续绕环遍历一周之前,fast必然能与low重合,原因如下:

    当low到达环上时(也就是low遍历到了交叉点处),fast肯定已在环上某个结点处(因为fast是先于low进入环上的,之后就一直在环上打转转)。由于fast速度是low的两倍,所以low在环绕一圈回到交叉点之前,必定能被fast追上并且超越(实际上low最多走完半圈就会被fast给追上)。

            在low完成第一圈之前,fast肯定是能够追上并且超越low,但为什么说fast能够与low重合呢?有没可能fast在追上low时直接把low跨越过去了而不是重合呢?答案是不可能。fast在low后面追逐时,与low的最近距离必定是1,此时low继续走出一步,与fast的距离变为2,然后轮到fast继续走出一步,由于fast走出一步的步长为2,所以fast就会与low重合。看起来fast与low的最近距离还可能是2,实则不然,因为此时如果low与fast同时走出一步后,距离仍然会变成1。总之,在low完成第一圈之前,fast必定能够追上low,并且与low重合。

    透过以上的分析可以发现,如果快迭代器的步长是3或者3以上,则在low完成第一圈之前,fast也肯定会追上并超越low,但却有可能把low跨越过去了,而不是与low重合。

    代码如下:

     1 // 若有环,encounter是fast与low重合的地方 
     2 bool hasCircle(Node* head, Node* &encounter) {          
     3     Node *fast = head, *low = head;          
     4     while(fast && fast->next) {                
     5         fast = fast->next->next;               
     6         low = low->next;               
     7         if(fast == low){                    
     8             encounter = fast;                    
     9             return true;                
    10         }           
    11     }          
    12     // fast == NULL || fast->next == NULL          
    13     encounter = NULL;          
    14     return false;
    15 }

    问题2:若存在环,如何找到环的入口点(即上图中的结点E)

       

     如图中所示,设链起点到环入口点间的距离为x,环入口点到问题1中fast与low重合点的距离为y,又设在fast与low重合时fast已绕环n周(n>0),且此时low移动总长度为s,则fast移动总长度为2s,环的长度为r。则

      s + nr = 2s,n>0     ①

      s = x + y        ②

      由①式得

        s = nr

      代入②式得

        nr = x + y

        x = nr - y                   ③          

      现让一指针p1从链表起点处开始遍历,指针p2从encounter处开始遍历,且p1和p2移动步长均为1。则当p1移动x步即到达环的入口点,由③式可知,此时p2也已移动x步即nr - y步。由于p2是从encounter处开始移动,故p2移动nr步是移回到了encounter处,再退y步则是到了环的入口点。也即,当p1移动x步第一次到达环的入口点时,p2也恰好到达了该入口点。于是函数可写如下:

     1 Node* findEntry(Node* head, Node* encounter)
     2 { 
     3           Node *p1 = head, *p2 = encounter;
     4          while(p1 != p2)
     5          {
     6                 p1 = p1->next;
     7                p2 = p2->next;
     8           }
     9          return p1;
    10 }

    原文链接:http://hi.baidu.com/iwitggwg/item/7ad684119a27fefc9c778a5c

        

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