Java数据结构-线性表之链表应用-检测链表是否有环

  如何检测一个链表是否有环？这个是一个出现频率较高的面试题。

  如下是一个含有环的链表。

（图片来自/article/1305978.html

一个有很多关于数据结构的文章的网站，还有其他的资料，可以看看）



我这里解题的方法有三种：

快慢指针方法：两个速度不一样的指针遍历总会相遇；

利用环的顶点数和边相等的关系；

两个指针遍历判断步数是否相等。

  为了实现检查链表是否含有环的情况，我们需要先构建出一个含有环的链表。

  于是乎我在之前源码的基础上增加了两个方法，代码如下：

/**
 * @TODO 设置成循环链表
 */
public void setLoop(){
    FOLinkedNode<E> p = new FOLinkedNode<E>();
    p=this.header;
    FOLinkedNode<E> q = new FOLinkedNode<E>();
    q = this.last(p);
    q.addNext(p);
}
/**
 * @TODO 指定某个位置来设置链表还有环
 * @param index 链表的某个位置
 */
public void setIndexLoop(int index){
    validateIndex(index);
    FOLinkedNode<E> p = new FOLinkedNode<E>();
    p=get(index);
    FOLinkedNode<E> q = new FOLinkedNode<E>();
    q=last(this.header);
    q.addNext(p);
}

1.快慢指针方法：

代码如下：

/**
 * @TODO 判断链表是否含有环(快慢指针法)
 * @return true or false
 */
public boolean hasLoop(){
    FOLinkedNode<E> p = new FOLinkedNode<E>();
    FOLinkedNode<E> q = new FOLinkedNode<E>();
    p=this.header;
    if(p!=null){
        q = p.next;
        while(p!=null && q!=null && q.next!=null){
            if(p==q || p==q.next){
                return true;
            }
            q =q.next.next;
            p = p.next;
        }
    }
    return false;
}

  快慢指针还可以用来解决“求单链表倒数第N个数”，“用标尺法快速找到单链表的中间结点”等问题。

  可以看看“求单链表倒数第N个数”的解如下：

/article/1305980.html

2.环的顶点数和边相等的关系。

  这是我想到的一种方法，由于是链表，所以我最初假设的是单链表，而我的单链表是设置了长度的，这样在进行判断是否含有环的时候可以利用长度来进行。

  将指针是否为空和长度每次遍历减1操作来进行while循环，这样如果到长度等于0的时候而指针却不为空，此时就说明此链表含有环。这利用了环的顶点数和边相等的关系。

代码如下：

/**
 * @TODO 利用环的顶点数和边数相等的关系进行判断是否含有环
 * @return true or false
 */
public boolean hasLoop2(){
    FOLinkedNode<E> temp = new FOLinkedNode<E>();
    temp = this.header.next;
    int tempSize = this.size();
    while (temp != null) {
        tempSize--;
        if(tempSize<=0){
            return true;
        }
        temp = temp.next;
    }
    return false;
}

  这个方法我其实是在打印链表的时候想到的。如果是单链表，那么打印的话只要判断指针是否为null就行；而如果是循环链表或者是含有环的链表的时候，如果要打印则会陷入死循环之中，于是乎就想到用链表的长度进行判断来打印链表。这样当需要判断链表是否含有环的时候还需要再增加一个条件，就是指针是否为空的情况，于是乎问题就有解了。

顺便贴上改进后的toString方法的代码：

@Override
public String toString() {
    return "[" + this.NodesToString(this) + "]";
}
/**
 * @param foLinkedList 
 * @TODO 设置单链表的长度
 * @return 单链表的节点字符串序列
 */
private String NodesToString(FOLinkedList<E> foll) {
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    if (foll.header != null) {
        sb.append(foll.header.getE());
        FOLinkedNode<E> temp = new FOLinkedNode<E>();
        temp = foll.header.next;
        int tempSize = foll.size() - 1;
        while (temp != null && tempSize!=0) {
            sb.append(", " + temp.getE());
            temp = temp.next;
            tempSize--;
        }
    }
    return sb.toString();
}

3.两个指针遍历判断步数是否相等

思路：

  设两个工作指针p、q，p总是向前走，但q每次都从头开始走，对于每个节点，看p走的步数是否和q一样。比如p从A走到D，用了4步，而q则用了14步。因而步数不等，出现矛盾，存在环。

  这个方法相比于前面的两种方法就略次一些了，这里就没有进行代码编写了。

  最后贴上测试的代码，注释的代码是测试之前的代码用的，可以忽略，也可以自行尝试。

public static void main(String[] args) {
//      FOLinkedList<String> fol = new FOLinkedList<String>();
//      for (int i = 1; i <= 8; i++) {
//          fol.add("元素"+i);
//      }
//      fol.add("元素"+2);
//      fol.add("元素"+7);
//      fol.add("元素"+2);
//      fol.add("元素"+2);
//      fol.add("元素"+3);
//      fol.add("元素"+11);
//      fol.add("元素"+1);
//      fol.add("元素"+9);
//      System.out.println(fol);
//      fol = FOLinkedList.removeRepeatElement(fol);
//      System.out.println(fol);
//      System.out.println(fol.size());
//      fol.insert( 9,"xxx");
//      System.out.println(fol);
//      System.out.println(fol.size());
//      fol.set(9,"元素9");
//      System.out.println(fol);
//      FOLinkedNode<String> e = fol.remove(6);
//      System.out.println(e);
//      System.out.println(fol);
//      System.out.println(fol.size());
//      FOLinkedList<String> newFol = new FOLinkedList<String>();
//      for (int i = 1; i <= fol.size(); i++) {
//          newFol.addFirst(fol.get(i).getE());
//      }
//      System.out.println(newFol);
//      FOLinkedList<Integer> a = new FOLinkedList<Integer>();
//      FOLinkedList<Integer> b = new FOLinkedList<Integer>();
//      for (int i = 0,j=1; i < 10; i++,j=j+2) {
//          a.add(j);
//      }
//      for (int i = 0,j=0; i < 10; i++,j=j+3) {
//          b.add(j);
//      }
//      System.out.println(a);
//      System.out.println(b);
//      FOLinkedList<Integer> c = a.merge(b);
//      System.out.println(c);

        //测试链表是否含有环
        FOLinkedList<Integer> x = new FOLinkedList<Integer>();
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            x.add(i);
        }
        System.out.println(x);
        System.out.println(x.size());
        System.out.println("hasLoop2:"+x.hasLoop2());
        System.out.println("hasLoop:"+x.hasLoop());
        x.setIndexLoop(10);
        System.out.println(x);
        System.out.println(x.size());
        System.out.println("hasLoop2:"+x.hasLoop2());
        System.out.println("hasLoop:"+x.hasLoop());
    }