如何判断链表中是否有环

1.如何判断链表是否有环?如果有两个头结点指针,一个走的快,一个走的慢,那么若干步以后,快的指针总会超过慢的指针一圈。

2.如何计算环的长度?第一次相遇(超一圈)时开始计数,第二次相遇时停止计数。

3.如何判断环的入口点:相遇点到环入口的距离=头指针到环入口的距离,因此,分别从相遇点、头指针开始走,相遇的那个点就是环入口。

为什么呢?需要一个简单的计算过程:
(1)当fast与slow相遇时,slow肯定没有走完链表,而fast已经在环里走了n(n>= 1)圈。假设slow走了s步,那么fast走了2s步。fast的步数还等于s走的加上环里转的n圈,假设环长为r,所以有:

2s = s + nr。因此,s = nr。
(2)设整个链表长为L,入口到相遇点的距离为x,起点到入口的距离为a。因为slow指针并没有走完一圈,所以有:

a + x = s。

带入第一步的结果,有:

a + x = nr = (n-1)r + r = (n-1)r + L - a;即:
a = (n-1)r + L - a - x;
这说明:从头结点到入口的距离,等于转了(n-1)圈以后,相遇点到入口的距离。因此,我们可以在链表头、相遇点各设一个指针,每次各走一步,两个指针必定相遇,且相遇第一点为环入口点。

也许大家有一个问题,就是为什么“当fast与slow相遇时,slow肯定没有走完链表”。这个问题比较坑,我也没有找到很好的证明。不过大家自己画几个试试,会发现的确是这样。

4.如何判断两个链表(不带环)是否相交?将其中的一个链表首尾相连,然后判断另一个链表是否带环即可。这个比较简单,程序就省略了。

#include <stdio.h>
typedef struct Node
{
	int val;
	Node *next;
}Node,*pNode;

//判断是否有环
bool isLoop(pNode pHead)
{
	pNode fast = pHead;
	pNode slow = pHead;
	//如果无环,则fast先走到终点
	//当链表长度为奇数时,fast->next为空
	//当链表长度为偶数时,fast为空
	while(fast != NULL && fast->next != NULL)
	{
		fast = fast->next->next;
		slow = slow->next;
		//如果有环,则fast会超过slow一圈
		if(fast == slow)
		{
			break;
		}
	}

	if(fast == NULL || fast->next == NULL)
		return false;
	else
		return true;
}

//计算环的长度
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;
		//超两圈后停止计数,跳出循环
		if(fast == slow && agian == true)
			break;
		//超一圈后开始计数
		if(fast == slow && agian == false)
		{			
			begin = true;
			agian = true;
		}

		//计数
		if(begin == true)
			++length;
	}
	return length;
}

//求出环的入口点
Node* findLoopEntrance(pNode pHead)
{
	pNode fast = pHead;
	pNode slow = pHead;
	while(fast != NULL && fast->next != NULL)
	{
		fast = fast->next->next;
		slow = slow->next;
		//如果有环,则fast会超过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;
}

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