判断链表是否有环,如果有,请输出这个环的开始节点

本文介绍了如何通过快慢指针法判断单链表中是否存在环,并找到环的起始节点。算法思路是设置两个指针,一个每次前进一格,另一个前进两格。如果存在环,两者最终会在环内相遇。之后,再用一个指针从头节点开始,以相同速度与相遇点一起前进,直至两者再次相遇,即为环的起始节点。代码实现中,使用C++描述了这一过程,时间复杂度为O(n),空间复杂度为O(1)。

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单链表有环,是指单链表的最后一个节点的指针指向了链表中的某个节点。试编写一个算法判断单链表是否存在环。

1)给出算法的基本设计思想

2)根据设计思想,采用C或C++语言描述算法,关键之处给出注释。

3)说明你所设计的算法的时间复杂度和空间复杂度

1)设置快慢两个指针,命名为fast和slow。初始时两个指针都指向表头L,slow每次只走一步,也就是slow = slow->next,fast每次走两步,也就是fast = fast->next->next。由于fast比slow走得快,如果有环,那么fast指针一定先进入环而slow后进入换。当两个指针都进入环后,经过若干操作后两个指针一定能在环上相遇,这样就可以判断一个链表是否有环。

请添加图片描述

如图所示,当slow进入环的时候,fast早已进入环。fast每次比slow多走一步且fast和slow的距离小于环的长度,所以fast与slow相遇的时候,slow所走距离不超过环的长度。

请添加图片描述

如图所示,设头节点到环的入口的距离为n,环的入口点沿着环的方向到相遇点的距离为x,环长为r,相遇时fast绕过了环n圈,所以可以得出一个公式:
2 ( a + x ) = a + n ∗ r + x 2(a+x) = a+n*r+x 2(a+x)=a+nr+x
化简得
a = n ∗ r − x a = n*r - x a=nrx
也就是说,我们先定义两个指针,先将一个指针p指向链表的表头L,然后将另一个指针指向相遇的点,这个时候我们会发现环的开始节点就是这两个节点共同移动,然后相遇的那个节点。

2)代码如下:

LNode* FindLoopStart (LinkList &L){
    LNode *fast = L;
    LNode *slow = L;
    while(fast->ptr&& fast->ptr->ptr){//找到fast和slow两个指针相遇的那个节点
        slow = slow->ptr;
        fast = fast->ptr->ptr;
        if (slow==fast)break;
    }
    if (!slow||!fast->ptr)return nullptr; //假设没有环,那么直接返回空指针
    LNode *p = L;
    LNode *q = slow;
    while(p!=q){//寻找环的开始的节点
        p = p->ptr;
        q = q->ptr;
    }
    return p;
}

3)时间复杂度为O(n),空间复杂度为O(1)

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