[LeetCode]141. 环形链表

本文围绕判断链表中是否有环展开,给出三种方法。一是快慢指针法,空间复杂度为O(1);二是哈希表法,遍历结点并存储引用判断;三是借助数组标记已访问结点位置,后两种方法空间复杂度均为O(n),还给出了不同方法的复杂度分析。

141. 环形链表

给定一个链表,判断链表中是否有环。

为了表示给定链表中的环,我们使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置(索引从 0 开始)。 如果 pos 是 -1,则在该链表中没有环。

示例 1:

输入:head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出:true
解释:链表中有一个环,其尾部连接到第二个节点。

在这里插入图片描述

示例 2:

输入:head = [1,2], pos = 0
输出:true
解释:链表中有一个环,其尾部连接到第一个节点。
在这里插入图片描述
示例 3:

输入:head = [1], pos = -1
输出:false
解释:链表中没有环。
在这里插入图片描述
进阶:
你能用 O(1)(即,常量)内存解决此问题吗?

方法一:使用快慢指针

思路

想象一下,两名运动员以不同的速度在环形赛道上跑步会发生什么?

算法

通过使用具有 不同速度 的快、慢两个指针遍历链表,空间复杂度可以被降低至 O(1)。慢指针每次移动一步,而快指针每次移动两步。

如果列表中不存在环,最终快指针将会最先到达尾部,此时我们可以返回 false。

现在考虑一个环形链表,把慢指针和快指针想象成两个在环形赛道上跑步的运动员(分别称之为慢跑者与快跑者)。而快跑者最终一定会追上慢跑者。这是为什么呢?考虑下面这种情况(记作情况 A)- 假如快跑者只落后慢跑者一步,在下一次迭代中,它们就会分别跑了一步或两步并相遇。

其他情况又会怎样呢?例如,我们没有考虑快跑者在慢跑者之后两步或三步的情况。但其实不难想到,因为在下一次或者下下次迭代后,又会变成上面提到的情况 A。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public boolean hasCycle(ListNode head) {
        if(head == null || head.next == null){
            return false;
        }
        //使用快、慢指针判断是否存在环
        //快指针在前,慢指针在后,如果链表中不存在环,则快指针永远在慢指针前面,且最终先到达尾结点,即先为null值
        //如果快指针经过环后,追上慢指针,即快指针和慢指针相等(指向同一结点),则说明链表中存在环
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head.next;
        while(fast != slow){
            //快指针或者慢指针有一个到达尾结点,尾结点的下一个结点为空,则说明链表不存在环
            if(fast == null || fast.next == null){
                return false;
            } else{
                fast = fast.next.next;
                slow = slow.next;
            }
            
        }
        //跳出while循环条件,则说明fast指针追上了slow指针,链表中存在环
        return true;
    }
}

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n),让我们将 n 设为链表中结点的总数。为了分析时间复杂度,我们分别考虑下面两种情况。

链表中不存在环:
快指针将会首先到达尾部,其时间取决于列表的长度,也就是 O(n)

链表中存在环:
我们将慢指针的移动过程划分为两个阶段:非环部分与环形部分:

慢指针在走完非环部分阶段后将进入环形部分:此时,快指针已经进入环中 迭代次数 = 非环部分长度 = N

两个指针都在环形区域中:考虑两个在环形赛道上的运动员 - 快跑者每次移动两步而慢跑者每次只移动一步。其速度的差值为 1,因此需要经过
二者之间距离 / 速度差值
次循环后,快跑者可以追上慢跑者。这个距离几乎就是 "环形部分长度 K " 且速度差值为 1,我们得出这样的结论:迭代次数 = 近似于 “环形部分长度 K”。

因此,在最糟糕的情形下,时间复杂度为 O(N+K),也就是 O(n)。

  • 空间复杂度:O(1),我们只使用了慢指针和快指针两个结点,所以空间复杂度为 O(1)。
方法二:哈希表

方法一:哈希表
思路

我们可以通过检查一个结点此前是否被访问过来判断链表是否为环形链表。常用的方法是使用哈希表。

算法

我们遍历所有结点并在哈希表中存储每个结点的引用(或内存地址)。如果当前结点为空结点 null(即已检测到链表尾部的下一个结点),那么我们已经遍历完整个链表,并且该链表不是环形链表。如果当前结点的引用已经存在于哈希表中,那么返回 true(即该链表为环形链表)。

public boolean hasCycle(ListNode head) {
    Set<ListNode> nodesSeen = new HashSet<>();
    while (head != null) {
        if (nodesSeen.contains(head)) {
            return true;
        } else {
            nodesSeen.add(head);
        }
        head = head.next;
    }
    return false;
}

复杂度分析

时间复杂度:O(n),对于含有 n 个元素的链表,我们访问每个元素最多一次。添加一个结点到哈希表中只需要花费 O(1) 的时间。

空间复杂度:O(n),空间取决于添加到哈希表中的元素数目,最多可以添加 n 个元素。

方法三:借助数组,但是空间复杂度O(n)

类似于方法二,对已经访问过的结点位置做标记

标题SpringBoot智能在线预约挂号系统研究AI更换标题第1章引言介绍智能在线预约挂号系统的研究背景、意义、国内外研究现状及论文创新点。1.1研究背景与意义阐述智能在线预约挂号系统对提升医疗服务效率的重要性。1.2国内外研究现状分析国内外智能在线预约挂号系统的研究与应用情况。1.3研究方法及创新点概述本文采用的技术路线、研究方法及主要创新点。第2章相关理论总结智能在线预约挂号系统相关理论,包括系统架构、开发技术等。2.1系统架构设计理论介绍系统架构设计的基本原则和常用方法。2.2SpringBoot开发框架理论阐述SpringBoot框架的特点、优势及其在系统开发中的应用。2.3数据库设计与管理理论介绍数据库设计原则、数据模型及数据库管理系统。2.4网络安全与数据保护理论讨论网络安全威胁、数据保护技术及其在系统中的应用。第3章SpringBoot智能在线预约挂号系统设计详细介绍系统的设计方案,包括功能模块划分、数据库设计等。3.1系统功能模块设计划分系统功能模块,如用户管理、挂号管理、医生排班等。3.2数据库设计与实现设计数据库表结构,确定字段类型、主键及外键关系。3.3用户界面设计设计用户友好的界面,提升用户体验。3.4系统安全设计阐述系统安全策略,包括用户认证、数据加密等。第4章系统实现与测试介绍系统的实现过程,包括编码、测试及优化等。4.1系统编码实现采用SpringBoot框架进行系统编码实现。4.2系统测试方法介绍系统测试的方法、步骤及测试用例设计。4.3系统性能测试与分析对系统进行性能测试,分析测试结果并提出优化建议。4.4系统优化与改进根据测试结果对系统进行优化和改进,提升系统性能。第5章研究结果呈现系统实现后的效果,包括功能实现、性能提升等。5.1系统功能实现效果展示系统各功能模块的实现效果,如挂号成功界面等。5.2系统性能提升效果对比优化前后的系统性能
在金融行业中,对信用风险的判断是核心节之一,其结果对机构的信贷政策和风险控制策略有直接影响。本文将围绕如何借助机器学习方法,尤其是Sklearn工具包,建立用于判断信用状况的预测系统。文中将涵盖逻辑回归、支持向量机等常见方法,并通过实际操作流程进行说明。 一、机器学习基本概念 机器学习属于人工智能的子领域,其基本理念是通过数据自动学习规律,而非依赖人工设定规则。在信贷分析中,该技术可用于挖掘历史数据中的潜在规律,进而对未来的信用表现进行预测。 二、Sklearn工具包概述 Sklearn(Scikit-learn)是Python语言中广泛使用的机器学习模块,提供多种数据处理和建模功能。它简化了数据清洗、特征提取、模型构建、验证与优化等流程,是数据科学项目中的常用工具。 三、逻辑回归模型 逻辑回归是一种常用于分类任务的线性模型,特别适用于二类问题。在信用评估中,该模型可用于判断借款人是否可能违约。其通过逻辑函数将输出映射为01之间的概率值,从而表示违约的可能性。 四、支持向量机模型 支持向量机是一种用于监督学习的算法,适用于数据维度高、样本量小的情况。在信用分析中,该方法能够通过寻找最佳分割面,区分违约与非违约客户。通过选用不同核函数,可应对复杂的非线性关系,提升预测精度。 五、数据预处理步骤 在建模前,需对原始数据进行清理与转换,包括处理缺失值、识别异常点、标准化数值、筛选有效特征等。对于信用评分,常见的输入变量包括收入水平、负债比例、信用历史记录、职业稳定性等。预处理有助于减少噪声干扰,增强模型的适应性。 六、模型构建与验证 借助Sklearn,可以将数据集划分为训练集和测试集,并通过交叉验证调整参数以提升模型性能。常用评估指标包括准确率、召回率、F1值以及AUC-ROC曲线。在处理不平衡数据时,更应关注模型的召回率与特异性。 七、集成学习方法 为提升模型预测能力,可采用集成策略,如结合多个模型的预测结果。这有助于降低单一模型的偏差与方差,增强整体预测的稳定性与准确性。 综上,基于机器学习的信用评估系统可通过Sklearn中的多种算法,结合合理的数据处理与模型优化,实现对借款人信用状况的精准判断。在实际应用中,需持续调整模型以适应市场变化,保障预测结果的长期有效性。 资源来源于网络分享,仅用于学习交流使用,请勿用于商业,如有侵权请联系我删除!
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