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

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。

我看不出有任何方法可以让这花费固定的时间或空间,两者都会随着列表的大小而增加。

我将使用IdentityHashMap(假设还没有IdentityHashSet)并将每个节点存储到映射中。在存储节点之前,您可以对其调用containsKey。如果节点已经存在,则有一个周期。

ItentityHashMap使用==而不是.equals,这样你就可以检查对象在内存中的位置,而不是它是否具有相同的内容。

您甚至可以在常数O(1)时间内完成(尽管它不是非常快或有效):计算机内存可以容纳的节点数量是有限的,比如N条记录。如果遍历超过N条记录,那么就有一个循环。

如果链表结构实现了java.util.List. list。我们可以使用列表大小来跟踪我们在列表中的位置。

我们可以遍历节点,将当前节点的位置与上一个节点的位置进行比较。如果我们当前的位置超过了上一个位置,我们就检测到列表在某个地方有一个循环。

这种解决方案需要恒定的空间,但随着列表大小的增加,完成所需的时间会线性增加。


class LinkedList implements List {
    Node first;
    int listSize;
    
    @Override
    int size() {
        return listSize;
    }

    [..]

    boolean hasLoop() {
        int lastPosition = size();
        int currentPosition = 1;
        Node next = first;
        while(next != null) {
           if (currentPosition > lastPosition) return true;
           next = next.next;
           currentPosition++;
        }
        return false;
    }
}

或作为一种实用工具:

static boolean hasLoop(int size, Node first) {
    int lastPosition = size;
    int currentPosition = 1;
    Node next = first;
    while(next != null) {
       if (currentPosition > lastPosition) return true;
       next = next.next;
       currentPosition++;
    }
    return false;
}

这段代码经过优化,将比选择的最佳答案更快地产生结果。这段代码避免了进入一个非常长的追逐向前和向后节点指针的过程,如果我们遵循'最佳答案'方法,在以下情况下将发生这种情况。看一下下面的演练,你就会明白我想说的是什么。然后通过下面给出的方法来观察问题,并测量否。为了找到答案所采取的步骤。

1 - > 2 - > 9 - > 3 ^ -- -- -- -- -- -- -- - ^

代码如下:

boolean loop(node *head)
{
 node *back=head;
 node *front=head;

 while(front && front->next)
 {
  front=front->next->next;
  if(back==front)
  return true;
  else
  back=back->next;
 }
return false
}