如何判断单链表是否存在环

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?

下面我们来依次分析上面的问题。

如何判断是否存在环

这里我们考虑使用快慢指针的方式。快指针 fast 每次移动2个节点,慢指针 slow 每次移动一个节点。如果没有环,则 fast 指针将碰到 null,如果有环,则 fast 会在若干次移动后追上 slow。

为什么呢?假定单链表的长度为n,并且该单链表是环状的,那么第i次迭代时,p指向元素i mod n,q指向2i mod n。因此当i≡2i(mod n)时,p与q相遇。而i≡2i(mod n) => (2i - i) mod n = 0 => i mod n = 0 => 当i=n时,p与q相遇。

那么当p与q起点不同呢?假定第i次迭代时p指向元素i mod n,q指向k+2i mod n,其中0<k<n。那么i≡(2i+k)(mod n) => (i+k) mod n = 0 => 当i=n-k时,p与q相遇。

如何知道环的长度

由上一部分的分析我们可以知道,当起点相同时,i 等于 n 时两者会再次相遇,所以从相遇点开始,快慢指针再次相遇时经过的步骤数为环的长度。

如何找出环的连接点在哪里

假设第一个在环里的节点为节点 k,那么由上面的分析知道,满节点到达 k 节点时,快节点已经领先了慢节点 k mod n,所以相遇点在 i = n - k 处。这样,一个节点从相遇点开始,一个节点从头结点开始,以相同的速度行走,最终,经过k步,一个刚好从到达n,即回到了起点处,另外一个到达了 k,即起点处。

带环链表的长度是多少

已经知道了环的长度和环的入口,可以计算出链表的长度。

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