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筆試題:如何判斷單鏈表是否存在環

1.如何判斷是否有環?如果有兩個頭結點指標,一個走的快,一個走的慢,那麼若干步以後,快的指標總會超過慢的指標一圈。

2.如何計算環的長度?第一次相遇(超一圈)時開始計數,第二次相遇時停止計數。

3.如何判斷環的入口點:碰撞點p到連線點的距離=頭指標到連線點的距離,因此,分別從碰撞點、頭指標開始走,相遇的那個點就是連線點。

為什麼呢?需要一個簡單的計算過程:
(1) 當fast與slow相遇時,show肯定沒有走完連結串列,而fast已經在還裡走了n(n>= 1)圈。假設slow走了s步,那麼fast走了2s步。fast的步數還等於s走的加上環裡轉的n圈,所以有:
2s = s + nr。因此,s = nr。
(2) 設整個連結串列長為L,入口據相遇點X,起點到入口的距離為a。因為slow指標並沒有走完一圈,所以:
a + x = s,帶入第一步的結果,有:a + x = nr = (n-1)r + r = (n-1)r + L - a;即:
a = (n-1)r + L -a -x;
這說明:從頭結點到入口的距離,等於轉了(n-1)圈以後,相遇點到入口的距離。因此,我們可以在連結串列頭、相遇點各設一個指標,每次各走一步,兩個指標必定相遇,且相遇第一點為環入口點。

也許大家有一個問題,就是為什麼“當fast與slow相遇時,show肯定沒有走完連結串列”。這個問題比較坑,我也沒有找到很好的證明。不過大家自己畫幾個試試,會發現的確是這樣。

#include <stdio.h>  
  
typedef struct Node  
{  
    int val;  
    Node *next;  
}Node,*pNode;  
  
  
  
//判斷是否有環  
bool isLoop(pNode pHead)  
{  
    pNode fast = pHead;  
    pNode slow = pHead;  
    //如果無環,則fast先走到終點  
    //當連結串列長度為奇數時,fast->Next為空  
    //當連結串列長度為偶數時,fast為空  
    while( fast != NULL && fast->next != NULL)  
    {  
  
        fast = fast->next->next;  
        slow = slow->next;  
        //如果有環,則fast會超過slow一圈  
        if(fast == slow)  
        {  
            break;  
        }  
    }  
  
    if(fast == NULL || fast->next == NULL  )  
        return false;  
    else  
        return true;  
}  
  
//計算環的長度  
int loopLength(pNode pHead)  
{  
    if(isLoop(pHead) == false)  
        return 0;  
    pNode fast = pHead;  
    pNode slow = pHead;  
    int length = 0;  
    bool begin = false;  
    bool agian = false;  
    while( fast != NULL && fast->next != NULL)  
    {  
        fast = fast->next->next;  
        slow = slow->next;  
        //超兩圈後停止計數,挑出迴圈  
        if(fast == slow && agian == true)  
            break;  
        //超一圈後開始計數  
        if(fast == slow && agian == false)  
        {             
            begin = true;  
            agian = true;  
        }  
  
        //計數  
        if(begin == true)  
            ++length;  
          
    }  
    return length;  
}  
  
  
//求出環的入口點  
Node* findLoopEntrance(pNode pHead)  
{  
    pNode fast = pHead;  
    pNode slow = pHead;  
    while( fast != NULL && fast->next != NULL)  
    {  
  
        fast = fast->next->next;  
        slow = slow->next;  
        //如果有環,則fast會超過slow一圈  
        if(fast == slow)  
        {  
            break;  
        }  
    }  
    if(fast == NULL || fast->next == NULL)  
        return NULL;  
    slow = pHead;  
    while(slow != fast)  
    {  
        slow = slow->next;  
        fast = fast->next;  
    }  
  
    return slow;  
}