链表中间节点 快慢指针的基础应用

本文深入探讨了链表中点查找的四种不同算法实现,包括返回中点、上中点、下中点及其前一个节点的方法。通过对比验证,确保算法的正确性,并提供了随机链表生成和测试函数。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

基本方法:使用快慢指针,慢指针每次向后移动一个节点,快指针移动两个节点。针对特殊要求再修改快慢指针的起始位置等细节。对数器选择:使用列表保存每个节点,直接求中间节点,比对两种方法的输出。
1)输入链表头节点,奇数长度返回中点,偶数长度返回上中点
def midOrUpMid(head):
    if not head:
        return
    slow = fast = head
    while fast.next and fast.next.next:
        slow = slow.next
        fast = fast.next.next
    return slow

def varifyMidOrUpMid(head):
    if not head:
        return
    lst = []
    cur = head
    while cur:
        lst.append(cur)
        cur = cur.next
    return lst[(len(lst)-1)>>1]
2)输入链表头节点,奇数长度返回中点,偶数长度返回下中点
def midOrDownMid(head):
    if not head or not head.next:
        return head
    slow = fast = head.next
    while fast.next and fast.next.next:
        slow = slow.next
        fast = fast.next.next
    return slow

def varifyMidOrDownMid(head):
    if not head:
        return
    lst = []
    cur = head
    while cur:
        lst.append(cur)
        cur = cur.next
    return lst[(len(lst))>>1]
3)输入链表头节点,奇数长度返回中点前一个,偶数长度返回上中点前一个
def preMidOrUpMid(head):
    if not head or not head.next or not head.next.next:
        return
    slow = head
    fast = head.next.next
    while fast.next and fast.next.next:
        slow = slow.next
        fast = fast.next.next
    return slow

def varifyPreMidOrUpMid(head):
    if not head:
        return
    lst = []
    cur = head
    while cur:
        lst.append(cur)
        cur = cur.next
    if len(lst) > 2:
        return lst[(len(lst)-3)>>1]
4)输入链表头节点,奇数长度返回中点前一个,偶数长度返回下中点前一个
def preMidOrDownMid(head):
    if not head or not head.next:
        return
    slow = head
    fast = head.next
    while fast.next and fast.next.next:
        slow = slow.next
        fast = fast.next.next
    return slow

def varifyPreMidOrDownMid(head):
    if not head:
        return
    lst = []
    cur = head
    while cur:
        lst.append(cur)
        cur = cur.next
    if len(lst) > 1:
        return lst[(len(lst)-2)>>1]

生成随机链表

def generateLinkedList(maxnum=20):
	import random
	import string
    num = random.randint(0, maxnum)
    if num == 0:
        return None
    head = Node(random.choice(string.ascii_uppercase))
    cur = head
    for i in range(1, num):
        cur.next = Node(random.choice(string.ascii_uppercase))
        cur = cur.next
    return head

测试

def test(num=10000):
    for i in range(num):
        head = generateLinkedList(30)
        if midOrUpMid(head) != varifyMidOrUpMid(head):
            print("varifyMidOrUpMid Failed!")
            traverseLinkedList(head)
            break
        if midOrDownMid(head) != varifyMidOrDownMid(head):
            print("varifyMidOrDownMid Failed!")
            traverseLinkedList(head)
            break
        if preMidOrUpMid(head) != varifyPreMidOrUpMid(head):
            print("varifyPreMidOrUpMid Failed!")
            traverseLinkedList(head)
            break
        if preMidOrDownMid(head) != varifyPreMidOrDownMid(head):
            print("varifyPreMidOrDownMid Failed!")
            traverseLinkedList(head)
            break
    else:
        print("nice!")
        
if __name__ == "__main__":
    test()
正确示例

在这里插入图片描述

### 快慢指针算法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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