5.鏈表常見操作


推薦大家看下《編程之美》《程序員面試金典》
還有編程相關網站:leetcode
老師講的很多題其實就是這些書和網站的題

單鏈表是否存在環?環的入口是什么?

是否存在環

  1. 判斷是否存在環:設置快慢指針fast和slow,fast步速為2,slow為1,若最終fast==slow,那么就證明單鏈表中一定有環。如果沒有環的話,fast一定先到達尾節點

  2. 簡單證明:利用相對運動的概念,以slow為參考點(靜止不動),那么fast的步速實際為1,當fast超過slow之后,fast以每步一個節點的速度追趕slow,如果鏈表有環的話,fast一定會追趕到slow,即fast==slow。

如何找到環的入口

第一次相遇
第一次相遇

字母代表的量:

  • a:鏈表頭結點到環入口的距離
  • r:環長
  • 藍色線:fast指針所走的距離2s
  • 黑色線:slow指針所走的距離s

假設鏈表總長度為L,且fast與slow相遇時fast已經繞環走了n圈,則有如下關系:

2s = s + nr
將s移到左邊得:
s = n
r
轉換:
s = (n-1)r + r = (n-1)r + L-a
a+x = (n-1)r + L-a
得:
a = (n-1)
r + L-a-x

由圖可知,(L-a-x)為相遇點到環入口點的距離。由上式可知:
從鏈表頭到環入口的距離 = (n-1)圈內環循環 + 相遇點到環入口點的距離
將r視為周期的話,a與L-a-x在某種意義上是相等的(實際并不一定相等)。
那么由此我們便找到了突破點,為了找到環的入口點,在fast與slow相遇時,將slow指針重新指向單鏈表的頭節點,fast仍然留在相遇點,只不過步速降為與slow相同的1,每次循環只經過一個節點,如此,當fast與slow再次相遇時,那個新的相遇點便是我們苦苦尋找的入口點了。

如何知道環的長度

紀錄下相遇點,讓slow與fast從該點開始,再次碰撞所走過的操作數就是環的長度r。

帶環的鏈表的長度是多少?

通過以上分析我們已經知道了如何求環入口,環長,那么鏈表長度顯然就是兩者之和,即:
L = a + r

判斷兩個鏈表是否相交

分析問題之前我們要搞清楚鏈表相交的一些基本概念

  • 明確概念:兩個單向鏈表相交,只能是y型相交,不可能是x型相交。
  • 分析:有兩個鏈表,La,Lb,設他們的交點設為p,假設在La中,p的前驅為pre_a,后繼為next_a,在Lb中,前驅為pre_b,后繼為next_b,則
    pre_a->next=p,pre_b->next=p,接下來看后繼,p->next=next_a,p->next=next_b;那么問題就出來了,一個單鏈表的next指針只有一個,
    怎么跑出兩個來呢,所以必有next_a==next_b,于是我們得出兩個鏈表相交只能是Y型相交。明確了這個概念,我們再來堆相交問題進行分析。

情況一:兩個鏈表都無環

  1. 問題簡化。將鏈表B接到鏈表A的后面,如果A、B有交點,則構成一個有環的單鏈表,而我們剛剛在上面已經討論了如何判斷一個
    單鏈表是否有環。
  2. 若兩個鏈表相交則必為Y型,由此可知兩個鏈表從相交點到尾節點是相同的,我們并不知道他們的相交點位置,但是我們可以遍歷得出A、B鏈表的
    尾節點,如此,比較他們的尾節點是否相等便可以求證A、B是否相交了。

情況二:鏈表有環

  1. 其中一個鏈表有環,另外一個鏈表無環。則兩個鏈表不可能相交。(啥?你不知道為啥?自己看看前面的“明確概念”反省吧)

  2. 那么有環相交的情況只有當兩個鏈表都有環時才會出現,如果兩個有環鏈表相交,則他們擁有共通的環,即環上任意一個節點都存在于
    兩個鏈表上。因此,通過判斷A鏈表上的快慢指針相遇點是否也在B鏈表上便可以得出兩個鏈表是否相交了。

求相交鏈表的相交點

題目描述:如果兩個無環單向鏈表相交,怎么求出他們相交的第一個節點呢?

分析:采用對齊的思想。計算兩個鏈表的長度 L1 , L2,分別用兩個指針 p1 , p2 指向兩個鏈表的頭,然后將較長鏈表的 p1(假設為 p1)向后移動L2 - L1個節點,然后再同時向后移動p1 , p2,直到 p1 = p2。相遇的點就是相交的第一個節點。


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