Floyd证明

一直没有深究过这个算法的正确性。今天搜了下它的证明,发现这个算法其实就是个动态归化

 

中间只经过最多前k个点的 两点间最短距离 dp(k,a,b) = min(经过了第k个点[a-k-b], 没有经过第k个点[dp(k-1,a,b)] )。 空间压缩一下,就是floyd算法了

转载于:https://www.cnblogs.com/doublemystery/p/4043224.html

### Floyd判圈算法的数学证明过程 Floyd判圈算法的核心在于通过两个速度不同的指针(通常称为快指针和慢指针)来检测链表或其他数据结构中是否存在环。以下是该算法的数学证明过程: #### 1. 基本假设 设链表存在环,其结构分为两部分: - **非环部分**:从链表头节点到进入环的第一个节点的距离记为 \( d \)。 - **环的部分**:环的总长度记为 \( C \),其中任意一点回到自身的距离等于环的周长。 定义两个指针: - 慢指针每次移动一步; - 快指针每次移动两步。 当两者都从链表头部出发时,如果链表中有环,则它们最终会在某个位置相遇[^1]。 --- #### 2. 相遇条件分析 令慢指针走了 \( k \) 步后与快指针首次相遇于某点 \( P \)。此时满足以下关系: - 慢指针走过的路径长度为 \( s = d + mC \),表示它先走过非环部分 \( d \),再绕环若干次(\( m \) 表示绕环次数)到达相遇点。 - 快指针走过的路径长度为 \( f = d + nC \),同样包括非环部分 \( d \) 和绕环多次(\( n \) 表示绕环次数)到达相同点。 由于快指针的速度是慢指针的两倍,因此有: \[ f = 2s \] 代入上述表达式得到: \[ d + nC = 2(d + mC) \] 化简得: \[ d + nC = 2d + 2mC \] 进一步整理得出: \[ d = (n - 2m)C \] 这表明,从链表头节点到环入口的距离 \( d \) 是环周长 \( C \) 的整数倍差值[^3]。 --- #### 3. 找到环的起点 为了找到环的具体起始点,在第一次相遇之后,可以让其中一个指针返回链表头节点,并让另一个指针保持在当前位置不变。随后,这两个指针均以相同的速率前进(每轮只前进一步)。再次相遇的位置即为环的起点。 原因如下: - 设当前相遇点离环入口还有距离 \( x \)。 - 则另一条路径上的剩余距离也为 \( x \)。 因为之前已经知道 \( d = (n - 2m)C \),所以重新同步后的两条路径会恰好在同一时间抵达环的入口处。 --- #### 4. 总结 综上所述,利用快慢指针的方法不仅能够有效判断链表是否存在环,还可以定位环的起点。整个过程中涉及的关键数学原理主要是基于模运算性质以及周期性的特性[^2]。 ```python def detectCycle(head): slow, fast = head, head while fast and 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 break if not fast or not fast.next: return None # 链表无环的情况 slow = head # 将slow重置回head while slow != fast: slow = slow.next fast = fast.next # 同速前进直到再次相遇 return slow # 返回环的起点 ```
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