12.如果单链表有环,如何求出它的长度呢?

那怎么求出环的长度呢?

思路:这里面,我们需要先利用上一个题目的hasCycle方法(判断链表是否有环的那个方法),这个方法的返回值是

boolean型,但是现在要把这个方法稍做修改,让其返回值为相遇的那个结点。然后,我们拿到这个相遇的结点就好办了,这个结点肯定是在环里嘛,我们可以让

这个结点对应的指针一直往下走,直到它回到原点,就可以算出环的长度了。

方法:

// 方法:检测单链表是否有环
    public Node hasCycle(Node head) {
        if (head == null) {
            return null;
        }
        Node first = head;
        Node second = head;
        while (second != null) {
            first = first.next;
            second = second.next.next;
            if (first == second) {// 一旦两个指针相遇,说明链表是有环的
                return first;
            }
        }
        return null;

    }

    // 方法:有环链表中,获取环的长度。参数node代表的是相遇的那个结点
    public int getCycleLength(Node node) {
        if (head == null) {
            return 0;
        }
        current = node;
        int length = 0;
        while (current != null) {
            current = current.next;
            length++;
            if (current == node) {
                return length;// 当current结点走到原点的时候
            }
        }
        return length;
    }

测试代码:

public class LinkCycleLength {
    public Node head;
    public Node current;

    // 向链表中添加数据
    public void add(int data) {
        // 判断链表为空的时候
        if (head == null) {// 如果头结点为空,说明这个链表还没有创建,那就把新的结点赋给头节点
            head = new Node(data);
            current = head;
        } else {
            current.next = new Node(data);// 创建新的结点,放在当前节点的后面(把新的节点和链表进行关联)
            current = current.next;// 把链表的当前索引向后移动一位,此步操作完成之后,current结点指向新添加的那个结点
        }
    }

    // 方法重载:向链表中添加结点
    public void add(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        if (head == null) {
            head = node;
            current = head;
        } else {
            current.next = node;
            current = current.next;
        }
    }

    // 方法:遍历链表(打印输出链表。方法的参数表示从节点node开始进行遍历
    public void print(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        current = node;
        while (current != null) {
            System.out.println(current.data);
            current = current.next;
        }
    }

    class Node {
        // 注:此处的两个成员变量权限不能为private,因为private的权限是仅对本类访问
        int data;// 数据域
        Node next;// 指针域

        public Node(int data) {
            this.data = data;
        }

        public int getData() {
            return data;
        }

        public void setData(int data) {
            this.data = data;
        }

        public Node getNext() {
            return next;
        }

        public void setNext(Node next) {
            this.next = next;
        }
    }

    // 方法:检测单链表是否有环
    public Node hasCycle(Node head) {
        if (head == null) {
            return null;
        }
        Node first = head;
        Node second = head;
        while (second != null) {
            first = first.next;
            second = second.next.next;
            if (first == second) {// 一旦两个指针相遇,说明链表是有环的
                return first;
            }
        }
        return null;

    }

    // 方法:有环链表中,获取环的长度。参数node代表的是相遇的那个结点
    public int getCycleLength(Node node) {
        if (head == null) {
            return 0;
        }
        current = node;
        int length = 0;
        while (current != null) {
            current = current.next;
            length++;
            if (current == node) {
                return length;// 当current结点走到原点的时候
            }
        }
        return length;
    }

    public static void main(String[] args) {
        LinkCycleLength list1 = new LinkCycleLength();
        Node second = null; // 把第二个结点记下来
        // 向链表中添加数据
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            list1.add(i);
            if (i == 1) {
                second = list1.current;// 把第二个结点记下来
            }
        }

        list1.add(second);// 将尾结点指向链表的第二个结点,于是单链表就有环了
        Node current1 = list1.hasCycle(list1.head);//获取相遇的那个结点 
        System.out.println("环的长度为" + list1.getCycleLength(current1));
        
        System.out.print("\r\n");
        System.out.print("\r\n");
        
        LinkCycleLength list2 = new LinkCycleLength(); //向LinkList中添加数据 
        for (int i = 0; i < 4; i++) 
        { 
            list2.add(i); 
            } 

        list2.add(list2.head); //将头结点添加到链表当中(将尾结点指向头结点),于是,单链表就有环了。备注:此时得到的这个环的结构,是本节中图1的那种结构。
        Node current2= list1.hasCycle(list2.head); 
        System.out.println("环的长度为" + list1.getCycleLength(current2));  }
    }

测试结果:

环的长度为3


环的长度为4

分别是如下这种情况:

 

<think>我们要判断一个单链表是否有,可以使用快慢指针(Floyd's cycle-finding algorithm)方法。 快慢指针:定义两个指针,一个每次移动两步(快指针),一个每次移动一步(慢指针)。如果链表中存在,那么快指针最终会追上慢指针(即两个指针相遇);如果不存在,那么快指针会先到达链表的尾部(None)。 步骤: 1. 初始化:快指针(fast)和慢指针(slow)都指向头结点。 2. 移动指针:在循中,慢指针每次移动一步,快指针每次移动两步。 3. 检查相遇:如果快指针和慢指针相遇,则链表有。 4. 检查结束:如果快指针到达链表尾部(即遇到None),则链表无。 注意:在移动快指针时,需要判断快指针的下一个节点是否为None,因为快指针每次移动两步,所以需要确保fast和fast.next都不为空,否则在移动两步时会出错。 代码实现:</think>### 判断单链表是否有的解决方案 判断单链表是否有是链表操作中的经典问题,通常使用**快慢指针法**(Floyd's Cycle Finding Algorithm)来解决。以下是详细的实现方案: #### 方法:快慢指针法(Floyd 判圈算法) ```python class ListNode: def __init__(self, val=0, next=None): self.val = val self.next = next def has_cycle(head: ListNode) -> bool: """ 判断单链表是否有 :param head: 链表头节点 :return: 存在返回True,否则返回False """ # 边界情况:空链表或单节点链表 if not head or not head.next: return False slow = head # 慢指针,每次移动一步 fast = head.next # 快指针,每次移动两步 while slow != fast: # 快指针到达链表尾部(无) if not fast or not fast.next: return False slow = slow.next # 慢指针移动一步 fast = fast.next.next # 快指针移动两步 # 快慢指针相遇(有) return True # 测试用例 if __name__ == "__main__": # 创建有环链表:1->2->3->4->5->2(形成) node1 = ListNode(1) node2 = ListNode(2) node3 = ListNode(3) node4 = ListNode(4) node5 = ListNode(5) node1.next = node2 node2.next = node3 node3.next = node4 node4.next = node5 node5.next = node2 # 形成 print(has_cycle(node1)) # 输出: True # 创建无链表:1->2->3->4->5 node5.next = None # 断开 print(has_cycle(node1)) # 输出: False # 单个节点无 single_node = ListNode(1) print(has_cycle(single_node)) # 输出: False # 单个节点自 single_node.next = single_node print(has_cycle(single_node)) # 输出: True ``` ### 代码解释 #### 核心算法原理 1. **快慢指针**: - 慢指针(`slow`):每次移动一步 - 快指针(`fast`):每次移动两步 - 如果存在,快指针最终会追上慢指针(相遇) - 如果无,快指针会先到达链表尾部(`None`) 2. **数学证明**: - 设长度为 `L`,长度为 `C` - 当慢指针进入时(移动 `L` 步),快指针已移动 `2L` 步(位置 `2L mod C`) - 快指针每次比慢指针多走一步,最多需要 `C` 步追上慢指针 - 总时间复杂度为 `O(L + C)` ≈ `O(n)` #### 关键实现细节 1. **初始条件**: ```python slow = head fast = head.next # 避免第一次循就相遇 ``` - 这样初始化可以处理头节点自的情况 2. **循条件**: ```python while slow != fast: if not fast or not fast.next: return False # 移动指针... ``` - 检查 `fast.next` 避免访问空指针的 `next` 属性 3. **边界处理**: - 空链表:`if not head` - 单节点链表:`if not head.next` - 自链表:`node.next = node` #### 复杂度分析 - **时间复杂度**:O(n) - 最坏情况:无时遍历整个链表(n 个节点) - 最好情况:有时最多遍历 2n 次 - **空间复杂度**:O(1) - 仅使用两个指针,常数级空间 ### 替代方法:哈希表法 ```python def has_cycle_hash(head: ListNode) -> bool: visited = set() current = head while current: if current in visited: return True visited.add(current) current = current.next return False ``` - **原理**:记录访问过的节点,遇到重复节点即有 - **优点**:逻辑简单 - **缺点**:空间复杂度 O(n),不适用于大链表
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