Floyd判圈演算法(龜兔賽跑演算法, Floyd's cycle detection)及其證明
問題:如何檢測一個連結串列是否有環(迴圈節),如果有,那麼如何確定環的起點以及環的長度。
空間要求:不能儲存所經過的的每一個點。
舉例:,,求迴圈節的起始位置以及迴圈節的長度。
求解步驟:
1.判斷是否有環
使用兩個指標slow和fast。兩個指標開始時均在頭節點處(點),slow指標(龜)一次向後移動一個一步,fast指標(兔)一次向後移動兩步。若存在環,則slow和fast必能相遇;反之若slow到達連結串列尾時兩個指標仍不能相遇,則不存在環。
證明
設頭節點與迴圈節起始點之間舉例。兩個指標在點相遇,。可知環中的點滿足,其中為迴圈節的長度,也就是說fast比slow多走了整數圈。當時,滿足,這樣的一定存在,得證。
2.計算環的長度
這一步比較簡單,讓其中一個指標停在不動,另一個一步一步向前走並記錄步數,再次相遇時步數即為環的長度。
3.尋找環的起點
其中一個指標在不動,另一個放到起點,兩個指標同時一步一步移動,則兩指標將會在迴圈節的起點相遇。
證明
點的下標 為的整數倍。當放到處的指標移動到達時,放在
程式碼如下:
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef long long LL;
const int maxn = 2e7;
int f(int x)
{
int res = 0;
//此處填寫遞推式,使其走到下一步
return res;
}
//ori為起點處的值,len為迴圈節長度,id為迴圈節起始處座標,val為迴圈節起始處的值
bool FloydCycle(int ori, int &len, int &id, int &val)//有環返回true,無環返回false
{
int slow, fast;//慢指標和快指標
slow = f(ori);//快指標的移動速度是慢指標的2倍
fast = f(f(ori));
int cnt = 1;
while(slow != fast && cnt <= maxn)//maxn為連結串列尾節點
{
//快指標的移動速度是慢指標的2倍
slow = f(slow);
fast = f(f(fast));
cnt++;
}
if(slow != fast) return false;//無環
len = 1;//環的長度
slow = f(slow);
while(slow != fast)
{
slow = f(slow);
len++;
}
id = 0;
slow = 1;
while(slow != fast)
{
slow = f(slow);
fast = f(fast);
id++;
}
val = slow;
return true;
}
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