快慢指针在链表的应用

快慢指针中的快慢指的是移动的步长,即每次向前移动速度的快慢。例如可以让快指针每次沿链表向前移动2,慢指针每次向前移动1次。

1、判断单链表是否为循环链表:

算法:

     让快慢指针从链表头开始遍历,快指针向前移动两个位置,慢指针向前移动一个位置;如果快指针到达NULL,说明链表以NULL为结尾,不是循环链表。如果 快指针追上慢指针,则表示出现了循环。

     fast=slow=head;

      while(true){

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

                  return false;

              else if   (fast==slow || fast->next==slow)

                  return true;

              else{

                   fast=fast->next->next;

                   slow=slow->next;

              }

        }

2、在有序链表中寻找中位数

该方法在不借助计数器变量实现寻找中位数的功能。原理是:快指针的移动速度是慢指针移动速度的2倍,因此当快指针到达链表尾时,慢指针到达中点。程序还要考虑链表结点个数的奇偶数因素,当快指针移动x次后到达表尾(1+2x),说明链表有奇数个结点,直接返回慢指针指向的数据即可。如果快指针是倒数第二个结点,说明链表结点个数是偶数,这时可以根据“规则”返回上中位数或下中位数或(上中位数+下中位数)的一半。

 while (fast&&slow)   
     
        if (fast->next==NULL)    
            return slow ->data;   
        else if (fast->next!= NULL && fast->next->next== NULL)   
            return (slow ->data + slow ->next->data)/2;   
        else  
         
            fast= fast->next;   
            fast= fast->next;   
            slow = slow ->next;   
         
    }  

### 快慢指针算法在链表中的应用场景及实现 快慢指针是一种常见的双指针技巧,在处理链表问题时非常有效。它通过两个速度不同的指针遍历链表来解决问题,能够显著降低时间复杂度并优化空间需求。 #### 应用场景分析 1. **检测环形链表** 使用快慢指针可以判断单向链表是否存在环结构。如果存在环,则快指针最终会追上慢指针;如果没有环,则快指针会先到达链表末尾[^1]。 2. **寻找环的入口节点** 当确认链表有环后,可以通过调整其中一个指针重新指向头结点的方式找到环的具体入口位置[^2]。 3. **查找中间节点** 利用快慢指针可以在一次遍历中定位到链表的中间节点。当快指针移动两步而慢指针只前进一步时,慢指针所处的位置即为链表中心。 4. **获取倒数第 K 个节点** 设置快指针先行走 K 步之后再启动慢指针同步前进,这样当快指针抵达终点时,慢指针正好处于目标位置之前的一个节点上。 #### 实现代码示例 以下是几个典型例子及其对应的 C++ 或 Python 的解决方案: ##### 检测是否有环 ```cpp ListNode* hasCycle(ListNode* head) { if (!head || !head->next) return nullptr; ListNode *slow = head, *fast = head; while (fast && fast->next){ slow = slow->next; // 移动一步 fast = fast->next->next; // 移动两步 if(slow == fast){ // 如果相遇则说明有环 return true; } } return false; // 遍历结束无环返回false } ``` ##### 找到环的起始点 ```python def detectCycle(head): if not head or not head.next: return None slow, fast = head, head # 查看是否成环 while fast and fast.next: slow = slow.next # 慢指针每次向前一格 fast = fast.next.next # 快指针每次跳过两格 if slow == fast: # 发现有交集 break # 跳出循环准备找入环口 else: # 若未发现任何交叉情况退出while loop return None # 表明不存在闭环直接return none即可 # 将其中任意一个重置回起点再次同时出发直到两者再度交汇于入环处为止 slow = head # 让慢指针回到头部开始新一轮迭代过程 # 这次保持相同步伐大小逐步靠近直至碰面那一刻就是我们要找的那个特殊地址啦! while slow != fast: slow = slow.next # 均匀增量推进至相逢之地~ fast = fast.next return slow # 返回该共同坐标作为结果输出。 ``` ##### 获取链表中间节点 ```java public class MiddleNodeFinder { public static ListNode findMiddle(ListNode head) { if (head == null || head.next == null) { return head; } ListNode slow = head; ListNode fast = head; while(fast != null && fast.next != null){ slow = slow.next; // Move one step at a time. fast = fast.next.next; // Move two steps ahead. /* When 'fast' reaches the end of list, 'slow' will be pointing to middle node */ } return slow; } } ``` ##### 寻找倒数第K个节点 ```javascript function getKthFromEnd(head, k) { let fast = head, slow = head; for(let i=0;i<k;i++) { // Advance `fast` pointer by 'k' positions first. if(!fast) return null; fast = fast.next; } while(fast !== null){ // Then move both pointers until 'fast' hits the tail. fast = fast.next; slow = slow.next; } return slow; // Now 'slow' points exactly where we need it - k-th from last element ! } ```
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