【数据结构】面试OJ题——带环链表(数学推论)

news2025/1/13 2:44:39

 

目录

1.环形链表Ⅰ

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思路 :

思路拓展 

问题一:

问题二:

总结: 

问题三:

证明总结第三点 

 总结:

2. 环形链表Ⅱ

思路一

思路二 

3.相交链表 

 思路:


 

1.环形链表Ⅰ

141. 环形链表 - 力扣(LeetCode)

给你一个链表的头节点 head ,判断链表中是否有环。

如果链表中有某个节点,可以通过连续跟踪 next 指针再次到达,则链表中存在环。 为了表示给定链表中的环,评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置(索引从 0 开始)。注意:pos 不作为参数进行传递 。仅仅是为了标识链表的实际情况。

如果链表中存在环 ,则返回 true 。 否则,返回 false 。

思路 :

        我们考虑环状时,如果是简单的循环next来判定,只会进入死循环;

需要引入新思维,判断是否带环,可以想象操场追赶问题,两个人在操场跑;让一个人先进场跑,再让另外一名选手进场,如果环足够大,如何让后入场的选手追赶上前面的;答案是,后来者加快速度。

        而在这道题中,我们用快慢指针概念,一个指针走两步,一个走一步,进入环后,快指针一定会和慢指针相遇

为什么一定会相遇呢?

距离为N,每次快指针走两步,慢指针走一步相当于距离每次减少1;

如此距离缩短,肯定会相遇,而当快慢指针相遇的时候,就是证明该链表带环;

而如果不带环,快指针将链表走完后,表明退出了循环即可; 

 

 

bool hasCycle(struct ListNode *head) {
    //快慢指针
    struct ListNode* slow = head;
    struct ListNode* fast = head;
    
    while(fast && fast->next)
    {
         fast = fast->next->next;
        slow = slow->next;
       if(fast == slow)
       {
           return true;
       }
    }
    return false;
}

思路拓展 

上面说到,距离缩小1一定会追上,那如果距离一次缩小2呢,是不是更快的会相遇呢

如果一次距离缩小n,是不是更快呢;如此延申,我们可以发现有三个拓展

 1. slow一次走一步,fast一次走两步,一定会相遇吗

2.slow一次走一步,fast一次走三步,一定会相遇吗

3.slow一次走n步,fast一次走m步,一定会相遇吗        (m>n>1)

问题一:

 距离缩小为1的话,一定会遇上,我们上面证明了

问题二:

 当slow进环时,fast和它的距离为N,一次减少2。分为两种情况

1.当N是偶数时:

2.当N是奇数时:

所以,我们可以发现,当N是偶数时,依然可以追上

当N是奇数是,得到下一轮:

这时候要看 C-1是奇偶数

如果c-1是偶数:在下一轮就会追上,

如果c-是奇数:则会开始无限循环下去,一直追击不上;

总结: 

1.如果N是偶数,第一轮内就会追上;

2.如果N是奇数,C是奇数,第一轮会错过,下一轮会追击(C是奇数,C-1就会是偶数);

3.如果N是奇数,C是偶数,就永远追不上;

问题三:

 这个类似问题二,每次距离缩小是m-n(>=1);

如果N%(m-n) == 0  说明一圈就可以追上;

如果是-1,则是C-1,-2就是C-2;

如果这个数是m-n的倍数,如果不是倍数,则可能存在死循环        

证明总结第三点 

写到这里时,问题二的 总结第三点,是否真的成立呢?

3.如果N是奇数,C是偶数,就永远追不上;

 此刻,slow走了L的路程,fast走了 L + nC - N; 

在这时,可以推论出公式 

 

 推论出来的这个公式:

2L:一定是偶数,

n*C:总结第三点假设这里是偶数;

N:如果要满足此公式,N就不可能会奇数,

所以, 3.如果N是奇数,C是偶数,就永远追不上;

这句话的条件不成立

 总结:

1.如果N是偶数,第一轮内就会追上;

2.如果N是奇数,C是奇数,第一轮会错过,下一轮会追击(C是奇数,C-1就会是偶数);

只存在这两种

bool hasCycle(struct ListNode *head) {
    //快慢指针
    struct ListNode* slow = head;
    struct ListNode* fast = head;
    
    while(fast && fast->next)
    {
         fast = fast->next->next;
        slow = slow->next;
       if(fast == slow)
       {
           return true;
       }
    }
    return false;
}

 

在这种情况下,该情况其实还可以推论出另一个公式结论 。这就是第二题

2. 环形链表Ⅱ

 142. 环形链表 II - 力扣(LeetCode)

给定一个链表的头节点  head ,返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环,则返回 null

如果链表中有某个节点,可以通过连续跟踪 next 指针再次到达,则链表中存在环。 为了表示给定链表中的环,评测系统内部使用整数 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。注意:pos 不作为参数进行传递,仅仅是为了标识链表的实际情况。

不允许修改 链表。

思路一

 我们依旧用上一道题的画图思路来解决,

第一步先判断是否存在环,

第二部找到入口点;

 

用快慢指针方法,slow走一步,fast走两步

 

struct ListNode *detectCycle(struct ListNode *head) {
    //快慢指针
    struct ListNode* slow = head;
    struct ListNode* fast = head;
    
    while(fast && fast->next)
    {
         fast = fast->next->next;
        slow = slow->next;
       if(fast == slow) //相遇了
       {
        struct ListNode* meet = slow;
          while(head != meet)   //起点和相遇点
          {
              head = head->next;
              meet = meet->next;
          }
          //找到入口点了
          return meet;
       }
    }
    return false;
}

思路二 

 这道题还有另外一种解法,就是在相遇点meet这里,将下一个节设为newnode,再将meet->next置NULL,这样就将带环链表问题转换成 相交链表问题

而这种解法自然有相交链表的题;

但是这种解法比较复杂,建议用思路一的

3.相交链表 

160. 相交链表 - 力扣(LeetCode)

给你两个单链表的头节点 headA 和 headB ,请你找出并返回两个单链表相交的起始节点。如果两个链表不存在相交节点,返回 null 。

题目数据 保证 整个链式结构中不存在环。

注意,函数返回结果后,链表必须 保持其原始结构 。

 

 思路:

题目两种情况,存在相交和不相交,

相交还有前后长短问题;

1.先判断是否有相交点;如果相交,尾节点一定相同;

2.计算两条链表的长度,让长链表先走差距步,这样可以让两条链表处于相同head

3.再让两条链接一起走,直到遇到相同点;

返回相遇点或者是结束链表遍历返回NULL

 

struct ListNode *getIntersectionNode(struct ListNode *headA, struct ListNode *headB) {
    struct ListNode* curA = headA,*curB = headB;
    //计算两条链表长度
    int lenA = 0;
    int lenB = 0;
    while(curA)
    {
        lenA++;
        curA = curA->next;
    }
    while(curB)
    {
        lenB++;
        curB = curB->next;
    }

    //算出长度差
    int n = abs(lenA-lenB);
    //假设lenA 长于lenB
    struct ListNode* longlist = headA,*shortlist = headB;
    if(lenB>lenA) //假设不成立,交换
    {
        longlist = headB;
        shortlist = headA;
    }
    //长的先走差值
    while(n--)
    {
        longlist = longlist->next;
    }
    //判断是否相等
    while(longlist != shortlist)
    {
        longlist = longlist->next;
        shortlist = shortlist->next; 
    }
    //到这里要么相等,要么链表不相交,已经走完了是NULL
    return longlist;
}

       

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