首先,这个问题的最简单情况就是判断两个链表是否相交问题。我写过一篇文章,见这里:http://hi.baidu.com/microgrape/blog/item/5575771e6d3f9c03304e15d8.html

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然后引申到如何判断一个链表存在环的问题。一个有环的链表示意图如下:

注:图中的head是链表头;粗的线条表示链表,其中环从图中O点开始,从链表头到交点的距离为z。P点及另外两个长度下面再解释。

关于这个问题,解决方案及解释如下:

用两个指针来遍历这个单向链表,第一个指针p1,每次走一步;第二个指针p2,每次走两步;当p2 指针追上 p1的时候,就表明链表当中有环路了。

关于这个解法最形象的比喻就是在操场当中跑步,速度快的会把速度慢的扣圈.

可以证明,p2追赶上p1的时候,p1一定还没有走完一遍环路,p2也不会跨越p1多圈才追上.

我们可以从p2和p1的位置差距来证明,p2一定会赶上p1但是不会跳过p1的.

因为p2每次走2步,而p1走一步,所以他们之间的差距是一步一步的缩小,
43210 到0的时候就重合了.

根据这个方式,可以证明,p2每次走三步以上,并不总能加快检测的速度,反而有可能判别不出有环.

比如,在环的周长L是偶数的时候,初始p2和p1相差奇数的时候,p2每次走三步,就永远和p1不重合,因为他们之间的差距是:  
531,   L-1, L-3

附加几点解释:虽然说p1看来“相对”于p2并不前进,但是“绝对”来说,它还是前进的,那么迟早它会跑到圆圈上,而且不再出来。p2就更是了。所以,尽管有可能p1还没有进圆圈,p2已经跑完几圈了(想象一下圆圈很小,但是前面的直道部分很长的情况),但是p1迟早要进圈,演变成跑步问题。

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下面则再进一步:如何判断链表的环开始的位置呢?也就是环与链表的交点。

这个问题就更靠近脑筋急转弯的方向了。首先想到,如果还是p1和p2一起跑圈,那仍然会发生很多次相遇,但是这个相遇跟起点并无关系,想求出入口不可能。

那我们就分析一下,p1和p2相遇的时候到底发生了什么。在示意图中,假设p1和p2在P点第一次相遇。从环路入口到P点的距离为x,从P点到环路入口的另一段的距离为y。

那么显然,第一次相遇的时候,p1走过的总长度为x+z。那p2呢?我们首先假设p2比p1只多跑了一圈(方便理解,但并不影响最后结论,下面再证明所有的情况)。那么容易得到,p2走过的总长度为z+x+y+x。这个结论很显然也是表明p2比p1多跑了一圈(一圈的长度就是x+y,与前面的分析吻合)。由于p2的速度是p1的两倍,很容易得到一个结论:z+x+y+x = 2 * (x+z)。也就是z = y。也就是说,相遇的点离环路入口的距离与链表直道的长度一样。

呵呵,得到这个结论似乎就离我们的答案很近了:如何才能找到这个入口位置呢?显然,让一个指针从相遇的P点出发,另外一个指针从链表头出发,以相同的速度前进,那么它们必然会在O点也就是环路入口相遇!

补充证明:设p2跑了n圈之后,才跟p1相遇(但请注意:p1一定是在自己的第一圈,因为不可能发生两个指针都在圈内,p2超过了p1但是没相遇的情况,前面的分析里说了),那么可以得到下面的等式:

z + n * (x+y) + x = 2 * (x+z)

最后可以得到下面的式子:z = n*(x+y) - x = (n-1)*(x+y) + y。 也就是说直道的长度等于n-1圈的长度加上y的长度,仍然不影响上面的结论:如果两个指针速度相同,一个指针从head出发,另一个从P点出发(跑n-1圈,再跑y),所花时间相等。它们一定会在O点相遇!

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参考:http://malaqu.com/?p=1445




通过 Wiz 发布


posted on 2011-05-11 22:56  微型葡萄  阅读(342)  评论(0编辑  收藏  举报