LeetCode 287 环检测算法 python实现

题目要求:

给定一个包含 n + 1 个整数的数组 nums,其数字都在 1 到 n 之间(包括 1 和 n),可知至少存在一个重复的整数。假设只有一个重复的整数,找出这个重复的数。

示例1:

输入: [1,3,4,2,2]
输出: 2

示例2:

输入: [3,1,3,4,2]
输出: 3

要求:

不能更改原数组(假设数组是只读的)。
只能使用额外的 O(1) 的空间。
时间复杂度小于 O(n2) 。
数组中只有一个重复的数字,但它可能不止重复出现一次。

参考代码:

class Solution:
    def findDuplicate(self, nums: List[int]) -> int:
        slow, fast = 0, 0
        slow = nums[slow]
        fast = nums[nums[fast]]
        while nums[slow] != nums[fast]:
            slow = nums[slow]
            fast = nums[nums[fast]]
        fast = 0
        while nums[slow] != nums[fast]:
            slow = nums[slow]
            fast = nums[fast]
        return nums[fast]

先看一个基本原理:


image.png

快慢指针同时在起点,快指针每次走两步,慢指针每次走一步。
第一步:


image.png

第二步:
image.png

第三步:


image.png

这时候快慢指针相遇了。

把快指针放到开始位置,和慢指针一样,每次走一步。

image.png

走一步:


image.png

走两步:


image.png

再相遇的时候,就是环的入口,即是重复的那个元素。

为什么再次相遇一定是环的入口?

原理:

image.png

把从开始到环起点的位置长度标为A,环的总长标为L,从环的入口到快指针慢指针相遇的位置长度标为X,从相遇位置走到环入口的位置的长度标为Y。
所以可以得到:
慢指针从开始到相遇位置走了A + X的长度。
快慢指针相遇的时候,慢指针一定没走完环的一圈。因为当慢指针刚到环上的时候,快指针一定已经到环上了,而且它一直在环上出不去了。又因为快指针速度是慢指针的两倍,所以相遇时必然只绕了一圈。
快指针速度是慢指针的两倍,所以从开始到相遇位置一共走了2(A + X)的长度
快指针走过的长度还等于2(A + X) + K * L,意思就是说,快指针走过的长度比慢指针多了k乘以环的长度,也就是快指针可能比慢指针多走了几个环。
所以可以得到2(A + X) = (A + X) + K * L
化简得到A + X = K * L
所以A = k * L - X
因为快指针一定在环上走了超过一圈,所以k一定是大于等于1的,那么可以得到A = (k - 1) * L + L - X
L - X就是
所以得到:A = (k - 1) * L + Y
所以?的长度即为Y的长度,所以两个指针再次相遇的时候一定在环的入口处。

参考视频:
https://www.bilibili.com/video/BV1w54y1d77K?from=search&seid=12572759627295289696

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