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判断一个单链表是否有环及环的连接点

2018年02月06日 ⁄ 综合 ⁄ 共 1409字 ⁄ 字号 评论关闭

给定一个单链表,只给出头指针h:

1、如何判断是否存在环?

2、如何知道环的长度?

3、如何找出环的连接点在哪里?

4、带环链表的长度是多少?

 

解法:

1、对于问题1,使用追赶的方法,设定两个指针slow、fast,从头指针开始,每次分别前进1步、2步。如存在环,则两者相遇;如不存在环,fast遇到NULL退出。

2、对于问题2,记录下问题1的碰撞点p,slow、fast从该点开始,再次碰撞所走过的操作数就是环的长度s,当然也可以利用slow再次走到p。

3、问题3:有定理:碰撞点p到连接点的距离=头指针到连接点的距离,因此,分别从碰撞点、头指针开始走,相遇的那个点就是连接点。(证明在后面附注)。

4、问题3中已经求出连接点距离头指针的长度,加上问题2中求出的环的长度,二者之和就是带环单链表的长度。


代码如下

void Isloop(Node* head){
	if(!head||!head->next)
	return;
	Node* p,q;
	bool loop=false;
	 p=q=head->next;
	while(q&&q->next){//判断是否有环
		p=p->next;
		q=q->next->next;
		if(p==q){
			loop=true;
			break;
		}
	}
	if(!loop)
		cout<<"This link has not loop\n";
	else{
		cout<<"This link has a loop\n";
		Node* r=p;
		q=head->next;
		int nonloop=1,loopcount=1;
		//nonloop计算非环结点数,loopcount计算环上结点数
		do{//计算环上的结点数	
			p=p->next;
			++loopcount;
		}while(p!=r);
		while(p!=q){//得到环的入口结点,同时计算得到非环的结点数
			p=p->next;
			q=q->next;
			++nonloop;
		}
		cout<<"\nStart of loop: "<<p->data<<endl;  
		cout<<"\nCount of nonloop: "<<nonloop
		<<"\nCount of loop: "<<loopcount
		<<"\nCount of Linknode: "<<nonloop+loopcount<<endl;
	}
}

问题3的证明

链表形状类似数字 6 。
假设甩尾(在环外)长度为 a(结点个数),环内长度为 b 。
则总长度(也是总结点数)为 a+b 。
从头开始,0 base 编号。
将第 i 步访问的结点用 S(i) 表示。i = 0, 1 ...
当 i<a 时,S(i)=i ;
当 i≥a 时,S(i)=a+(i-a)%b 。

分析追赶过程:
两个指针分别前进,假定经过 x 步后,碰撞。则有:S(x)=S(2x)
由环的周期性有:2x=tb+x 。得到 x=tb 。(x,t不是可以随便变的变量,而是记号,分别记录了slow走了多少步和fast比slow多走了几圈)
另,碰撞时,必须在环内,不可能在甩尾段,有 x>=a 。

连接点为从起点走 a 步,即 S(a)。
S(a) = S(tb+a) = S(x+a)。(S(a) = S(tb+a) 和前面分析的S(x)=S(2x)无关,而是S(a) = S(nb+a),当n为任何数的时候逗成立,当然为特定的t也是成立的)
得到结论:从碰撞点 x 前进 a 步即为连接点。

根据假设易知 S(a-1) 在甩尾段,S(a) 在环上,而 S(x+a) 必然在环上。所以可以发生碰撞。

综上,从 x 点和从起点同步前进,第一个碰撞点就是连接点。

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