判断链表是否带环

本文介绍了一种高效检测链表是否存在环的方法,并详细解释了如何找到环的入口点。通过设置快慢指针,可以判断链表是否包含环;在确认存在环的情况下,再次利用快慢指针法确定环的起始位置。
有一个单链表,其中可能有一个环,也就是某个节点的next指向的是链表中在它之前的节点,这样在链表的尾部形成一环。

问题:

1、如何判断一个链表是不是这类链表?
2、如果链表为存在环,如果找到环的入口点?

解答:

一、判断链表是否存在环,办法为:

设置两个指针(fast, slow),初始值都指向头,slow每次前进一步,fast每次前进二步,如果链表存在环,则fast必定先进入环,而slow后进入环,两个指针必定相遇。(当然,fast先行头到尾部为NULL,则为无环链表)程序如下:

bool IsExitsLoop(slist *head)
{
    slist *slow = head, *fast = head;

    while ( fast && fast->next ) 
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
        if ( slow == fast ) break;
    }

    return !(fast == NULL || fast->next == NULL);
}
二、找到环的入口点

当fast若与slow相遇时,slow肯定没有走遍历完链表,而fast已经在环内循环了n圈(1<=n)。假设slow走了s步,则fast走了2s步(fast步数还等于s 加上在环上多转的n圈),设环长为r,则:

2s = s + nr
s= nr

设整个链表长L,入口环与相遇点距离为x,起点到环入口点的距离为a。
a + x = nr
a + x = (n – 1)r +r = (n-1)r + L - a
a = (n-1)r + (L – a – x)

(L – a – x)为相遇点到环入口点的距离,由此可知,从链表头到环入口点等于(n-1)循环内环+相遇点到环入口点,于是我们从链表头、与相遇点分别设一个指针,每次各走一步,两个指针必定相遇,且相遇第一点为环入口点。程序描述如下:

slist* FindLoopPort(slist *head)
{
    slist *slow = head, *fast = head;

    while ( fast && fast->next ) 
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
        if ( slow == fast ) break;
    }

    if (fast == NULL || fast->next == NULL)
        return NULL;

    slow = head;
    while (slow != fast)
    {
         slow = slow->next;
         fast = fast->next;
    }

    return slow;
}

扩展问题:

判断两个单链表是否相交,如果相交,给出相交的第一个点(两个链表都不存在环)。

比较好的方法有两个:

一、将其中一个链表首尾相连,检测另外一个链表是否存在环,如果存在,则两个链表相交,而检测出来的依赖环入口即为相交的第一个点。

二、如果两个链表相交,那个两个链表从相交点到链表结束都是相同的节点,我们可以先遍历一个链表,直到尾部,再遍历另外一个链表,如果也可以走到同样的结尾点,则两个链表相交。

这时我们记下两个链表length,再遍历一次,长链表节点先出发前进(lengthMax-lengthMin)步,之后两个链表同时前进,每次一步,相遇的第一点即为两个链表相交的第一个点。
在C语言中,判断链表是否有环可以使用快慢指针的方法。快慢指针的基本思想是:定义两个指针,一个快指针和一个慢指针。慢指针每次移动一步,快指针每次移动两步。如果链表中存在环,那么快指针最终会追上慢指针;如果链表中不存在环,快指针会先到达链表的末尾。 以下是使用C语言实现判断链表是否有环的代码示例: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> // 定义链表节点结构 typedef struct ListNode { int val; struct ListNode *next; } ListNode; // 判断链表是否有环 int hasCycle(ListNode *head) { if (head == NULL || head->next == NULL) { return 0; } ListNode *slow = head; ListNode *fast = head->next; while (slow != fast) { if (fast == NULL || fast->next == NULL) { return 0; } slow = slow->next; fast = fast->next->next; } return 1; } // 创建链表节点 ListNode* createNode(int val) { ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); newNode->val = val; newNode->next = NULL; return newNode; } int main() { // 创建链表节点 ListNode* node1 = createNode(1); ListNode* node2 = createNode(2); ListNode* node3 = createNode(3); ListNode* node4 = createNode(4); // 构建链表关系 node1->next = node2; node2->next = node3; node3->next = node4; // 制造环 node4->next = node2; // 判断链表是否有环 int result = hasCycle(node1); if (result) { printf("链表有环\n"); } else { printf("链表无环\n"); } return 0; } ``` 在上述代码中,首先定义了链表节点的结构`ListNode`。`hasCycle`函数用于判断链表是否有环,使用快慢指针进行判断。`createNode`函数用于创建新的链表节点。在`main`函数中,创建了一个带有环的链表,并调用`hasCycle`函数进行判断
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