假设您在Java中有一个链表结构。它由节点组成:
class Node {
Node next;
// some user data
}
每个节点都指向下一个节点，除了最后一个节点，它的next为空。假设有一种可能性，列表可以包含一个循环-即最后的节点，而不是有一个空值，有一个引用到列表中它之前的一个节点。
最好的写作方式是什么
boolean hasLoop(Node first)
如果给定的节点是带有循环的列表的第一个，则返回true，否则返回false ?你怎么能写出一个常数的空间和合理的时间呢?
下面是一个带有循环的列表的图片:
当前回答
乌龟和兔子的另一种解决方案，不太好，因为我暂时改变了列表:
这个想法是遍历列表，并在执行过程中反转它。然后，当你第一次到达一个已经被访问过的节点时，它的next指针将指向“向后”，导致迭代再次朝第一个方向进行，并在那里终止。
Node prev = null;
Node cur = first;
while (cur != null) {
Node next = cur.next;
cur.next = prev;
prev = cur;
cur = next;
}
boolean hasCycle = prev == first && first != null && first.next != null;
// reconstruct the list
cur = prev;
prev = null;
while (cur != null) {
Node next = cur.next;
cur.next = prev;
prev = cur;
cur = next;
}
return hasCycle;
测试代码:
static void assertSameOrder(Node[] nodes) {
for (int i = 0; i < nodes.length - 1; i++) {
assert nodes[i].next == nodes[i + 1];
}
}
public static void main(String[] args) {
Node[] nodes = new Node[100];
for (int i = 0; i < nodes.length; i++) {
nodes[i] = new Node();
}
for (int i = 0; i < nodes.length - 1; i++) {
nodes[i].next = nodes[i + 1];
}
Node first = nodes[0];
Node max = nodes[nodes.length - 1];
max.next = null;
assert !hasCycle(first);
assertSameOrder(nodes);
max.next = first;
assert hasCycle(first);
assertSameOrder(nodes);
max.next = max;
assert hasCycle(first);
assertSameOrder(nodes);
max.next = nodes[50];
assert hasCycle(first);
assertSameOrder(nodes);
}
其他回答
乌龟和兔子的另一种解决方案，不太好，因为我暂时改变了列表:
这个想法是遍历列表，并在执行过程中反转它。然后，当你第一次到达一个已经被访问过的节点时，它的next指针将指向“向后”，导致迭代再次朝第一个方向进行，并在那里终止。
Node prev = null;
Node cur = first;
while (cur != null) {
Node next = cur.next;
cur.next = prev;
prev = cur;
cur = next;
}
boolean hasCycle = prev == first && first != null && first.next != null;
// reconstruct the list
cur = prev;
prev = null;
while (cur != null) {
Node next = cur.next;
cur.next = prev;
prev = cur;
cur = next;
}
return hasCycle;
测试代码:
static void assertSameOrder(Node[] nodes) {
for (int i = 0; i < nodes.length - 1; i++) {
assert nodes[i].next == nodes[i + 1];
}
}
public static void main(String[] args) {
Node[] nodes = new Node[100];
for (int i = 0; i < nodes.length; i++) {
nodes[i] = new Node();
}
for (int i = 0; i < nodes.length - 1; i++) {
nodes[i].next = nodes[i + 1];
}
Node first = nodes[0];
Node max = nodes[nodes.length - 1];
max.next = null;
assert !hasCycle(first);
assertSameOrder(nodes);
max.next = first;
assert hasCycle(first);
assertSameOrder(nodes);
max.next = max;
assert hasCycle(first);
assertSameOrder(nodes);
max.next = nodes[50];
assert hasCycle(first);
assertSameOrder(nodes);
}
乌龟和兔子
看看波拉德的算法。这不是完全相同的问题，但也许你会理解其中的逻辑，并将其应用于链表。
(如果你很懒，你可以看看周期检测——看看关于乌龟和兔子的那部分。)
这只需要线性时间和2个额外的指针。
在Java中:
boolean hasLoop( Node first ) {
if ( first == null ) return false;
Node turtle = first;
Node hare = first;
while ( hare.next != null && hare.next.next != null ) {
turtle = turtle.next;
hare = hare.next.next;
if ( turtle == hare ) return true;
}
return false;
}
(大多数解决方案不会同时检查next和next。接下来是null。此外，因为乌龟总是在后面，你不需要检查它是否为空——兔子已经检查过了。)
我不确定这个答案是否适用于Java，但我仍然认为它属于这里:
当我们在现代体系结构中使用指针时，我们可以期望它们是CPU字对齐的。对于64位体系结构，这意味着指针的前3位始终为零。这让我们可以使用这个内存来标记我们已经见过的指针，通过对它们的第一个比特写入1。
如果我们遇到一个指针，它的第一个位已经写了1，那么我们已经成功地找到了一个循环，之后我们需要再次遍历结构，并将这些位屏蔽掉。完成了!
这种方法被称为指针标记，它在低级编程中被过度使用，例如Haskell在一些优化中使用它。
下面的方法可能不是最好的——它是O(n²)。然而，它应该有助于完成工作(最终)。
count_of_elements_so_far = 0;
for (each element in linked list)
{
search for current element in first <count_of_elements_so_far>
if found, then you have a loop
else,count_of_elements_so_far++;
}
如果允许我们嵌入类Node，我将像下面实现的那样解决这个问题。hasLoop()在O(n)时间内运行，并且只占用计数器的空间。这是不是一个合适的解决方案?或者是否有一种不嵌入Node的方法?(显然，在真正的实现中会有更多的方法，如RemoveNode(Node n)等。)
public class LinkedNodeList {
Node first;
Int count;
LinkedNodeList(){
first = null;
count = 0;
}
LinkedNodeList(Node n){
if (n.next != null){
throw new error("must start with single node!");
} else {
first = n;
count = 1;
}
}
public void addNode(Node n){
Node lookingAt = first;
while(lookingAt.next != null){
lookingAt = lookingAt.next;
}
lookingAt.next = n;
count++;
}
public boolean hasLoop(){
int counter = 0;
Node lookingAt = first;
while(lookingAt.next != null){
counter++;
if (count < counter){
return false;
} else {
lookingAt = lookingAt.next;
}
}
return true;
}
private class Node{
Node next;
....
}
}
