链表有环与链表相交判断的 Python 实现


目录

  1. 有环链表
  2. 相交链表

有环链表

判断链表是否有环可以参考链接

有环链表主要包括以下几个问题(C语言描述):

  1. 判断环是否存在: 可以使用追赶方法,定义两个指针slow和fast,分别以1步和2步前进,若存在环则两者会相遇,否则fast遇到NULL时则退出;
  2. 获取环的长度:若存在环,则以相遇点为起点,fast和slow再次开始前进,第二次碰相遇slow走过的步数(1圈)即为环长度;
  3. 找出入环点:相遇点到连接点的距离 = 头指针到连接点的距离,因此,让头指针和slow同时开始前进,相遇的点即为连接点;
  4. 带环链表长度:问题3的连接点与头指针长度 + 问题2的环长度即为总长。

下面为关于有环链表几个问题的具体实现代码,

完整代码

 from linked_list import LinkedList

 def check_loop(chain):
has_loop, entry_node, loop_length, chain_length = False, None, 0, 0 # Get header for fast and slow
step = 0
fast = slow = head = chain.header
while fast and fast.next:
fast = fast.next.next
slow = slow.next
step += 1
# Note:
# Do remember to use ,is' rather than '==' here (assure the id is same).
if fast is slow:
break
has_loop = not(fast is None or fast.next is None)
pass_length = (step * 2) if fast is None else (step * 2 + 1) if has_loop:
step = 0
while True:
if head is slow:
entry_node = slow
pass_length = step
if not entry_node:
head = head.next
fast = fast.next.next
slow = slow.next
step += 1
if fast is slow:
break
loop_length = step chain_length = pass_length + loop_length
return has_loop, entry_node, loop_length, chain_length if __name__ == '__main__':
print('------------ Loop check ------------------')
print('''
0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9
''')
loop_chain = LinkedList(range(10))
print('Linked list has loop: %s, entry node: %s, loop length: %s, chain length: %s' % check_loop(loop_chain)) # Create a loop for linked list.
print('''
_____________________________
| |
V |
0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9
''')
node_9 = loop_chain.find(9)
node_3 = loop_chain.find(3)
node_9.next = node_3
print('Linked list has loop: %s, entry node: %s, loop length: %s, chain length: %s' % check_loop(loop_chain))

分段解释

首先导入单链表类,

 from linked_list import LinkedList

然后定义一个函数,用于检测链表是否有环,并最终返回4个信息,1. 是否有环,2. 入环点,3. 环长度,4. 链表长度,

具体过程为,

  1. 分别获取fast、slow和head结点,均以头结点为起始
  2. 开始循环,slow和fast分别以1步和2步前进,并记录slow所走步数
  3. 每一步都判断fast和slow是否相遇,此处需要用is而不能用==,这样才能判断是否是相同对象(指针引用)
  4. 当fast遇到None或两结点相遇时,退出循环,并记录下是否有环和经过的步数
  5. 判断是否有环,若无环则链表长度即经过长度的2倍或2倍加1,环长为0
  6. 若有环,则同时驱动fast(2步)、slow(1步)和head(1步)前进
  7. 当slow和head相遇的点即为入环点,停止head,slow继续前进
  8. 在slow和fast再次相遇的点,记录走过的长度,即为环长
  9. 更新pass_length及链表长度信息,并返回结果
 def check_loop(chain):
has_loop, entry_node, loop_length, chain_length = False, None, 0, 0 # Get header for fast and slow
step = 0
fast = slow = head = chain.header
while fast and fast.next:
fast = fast.next.next
slow = slow.next
step += 1
# Note:
# Do remember to use 'is' rather than '==' here (assure the id is same).
if fast is slow:
break
has_loop = not(fast is None or fast.next is None)
pass_length = (step * 2) if fast is None else (step * 2 + 1) if has_loop:
step = 0
while True:
if head is slow:
entry_node = slow
pass_length = step
if not entry_node:
head = head.next
fast = fast.next.next
slow = slow.next
step += 1
if fast is slow:
break
loop_length = step chain_length = pass_length + loop_length
return has_loop, entry_node, loop_length, chain_length

完成函数定义后,首先生成一个基本链表,检测是否有环,

 if __name__ == '__main__':
print('------------ Loop check ------------------')
print('''
0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9
''')
loop_chain = LinkedList(range(10))
print('Linked list has loop: %s, entry node: %s, loop length: %s, chain length: %s' % check_loop(loop_chain))

得到结果

------------ Loop check ------------------

    0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9

Linked list has loop: False, entry node: None, loop length: 0, chain length: 10

再将链表的3和9结点相接,形成一个新的有环链表,然后利用函数进行判断。

     # Create a loop for linked list.
print('''
_____________________________
| |
V |
0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9
''')
node_9 = loop_chain.find(9)
node_3 = loop_chain.find(3)
node_9.next = node_3
print('Linked list has loop: %s, entry node: %s, loop length: %s, chain length: %s' % check_loop(loop_chain))

得到结果

                    _____________________________
| |
V |
0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9 Linked list has loop: True, entry node: 3, loop length: 7, chain length: 10

2 相交链表

判断链表是否相交及交点的方法主要有两种,

  1. 遍历两个链表,得到最后的结点,若两个结点指向同一个结点(指针相等),则说明两个链表相交,此时记录下链表长度long_length和short_length,以较长的链表为起始点,先前进 (long_length - short_length) 步,再驱动两个结点同时前进,相遇点即为交点。
  2. 将其中一个链表首尾相接,形成一个环,再判断另一个链表是否有环;若有环则入环点即为交点;

利用代码分别实现上面的两种判断方法,

完整代码

 from linked_list import LinkedList
from linked_list_loop_check import check_loop def check_intersect_one(c_1, c_2):
def _traversal(c):
node = c.header
while node and node.next:
yield node
node = node.next
yield node is_intersect, intersect_node = False, None
# Get tail node and length
step_1 = step_2 = 0
for node_1 in _traversal(c_1):
step_1 += 1
for node_2 in _traversal(c_2):
step_2 += 1
tail_1, length_1 = node_1, step_1
tail_2, length_2 = node_2, step_2 if tail_1 is tail_2:
# Intersected, fetch the first same node encountered as intersect node.
is_intersect = True
offset = length_1 - length_2
long, short = (_traversal(c_1), _traversal(c_2)) if offset >= 0 else (_traversal(c_2), _traversal(c_1))
for i in range(offset):
next(long)
for node_1, node_2 in zip(long, short):
if node_1 is node_2:
break
intersect_node = node_1
return is_intersect, intersect_node def check_intersect_two(c_1, c_2):
def _traversal(c):
node = c.header
while node and node.next:
yield node
node = node.next
yield node # Create a loop for one of linked lists.
for node in _traversal(c_1): pass
node.next = c_1.header
is_intersect, intersect_node = check_loop(c_2)[:2]
# Un-loop
node.next = None
return is_intersect, intersect_node if __name__ == '__main__':
print('------------ intersect check ------------------')
print('''
chain_1: 0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6
chain_2: 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9 -> 10 -> 11 -> 12 -> 13
''')
chain_1 = LinkedList(range(7))
chain_2 = LinkedList(range(3, 14))
print('Linked lists are intersected: %s, intersected node is: %s' % check_intersect_one(chain_1, chain_2))
print('Linked lists are intersected: %s, intersected node is: %s' % check_intersect_two(chain_1, chain_2)) # Merge two linked lists
print('''Merge two linked lists:
chain_1: 0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 _
\\
chain_2: 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9 -> 10 -> 11 -> 12 -> 13
''')
node_6 = chain_1.find(6)
node_7 = chain_2.find(7)
node_6.next = node_7 # Method one:
print('Linked lists are intersected: %s, intersected node is: %s' % check_intersect_one(chain_1, chain_2))
# Method two:
print('Linked lists are intersected: %s, intersected node is: %s' % check_intersect_two(chain_1, chain_2))

分段解释

首先导入链表类和有环检测函数,

 from linked_list import LinkedList
from linked_list_loop_check import check_loop

接着定义第一种检测方法,

  1. 定义遍历函数,用于遍历链表
  2. 分别遍历两个链表,记录下步数即为链表长度,最后的结点即链表尾结点
  3. 判断尾结点是否相同,若不同则不想交
  4. 若相同则根据长度判断,让长链表先前进长度差的步数
  5. 随后同时前进两个链表,找到第一个相遇点即为相交结点。
 def check_intersect_one(c_1, c_2):
def _traversal(c):
node = c.header
while node and node.next:
yield node
node = node.next
yield node is_intersect, intersect_node = False, None
# Get tail node and length
step_1 = step_2 = 0
for node_1 in _traversal(c_1):
step_1 += 1
for node_2 in _traversal(c_2):
step_2 += 1
tail_1, length_1 = node_1, step_1
tail_2, length_2 = node_2, step_2 if tail_1 is tail_2:
# Intersected, fetch the first same node encountered as intersect node.
is_intersect = True
offset = length_1 - length_2
long, short = (_traversal(c_1), _traversal(c_2)) if offset >= 0 else (_traversal(c_2), _traversal(c_1))
for i in range(offset):
next(long)
for node_1, node_2 in zip(long, short):
if node_1 is node_2:
break
intersect_node = node_1
return is_intersect, intersect_node

再定义第二种检测方法,

  1. 定义遍历函数,遍历其中一个链表并找到尾结点
  2. 首尾相接形成一个环
  3. 判断另一个链表是否有环,并获取结果信息
  4. 解除前面的链表环,还原链表,并返回结果
 def check_intersect_two(c_1, c_2):
def _traversal(c):
node = c.header
while node and node.next:
yield node
node = node.next
yield node # Create a loop for one of linked lists.
for node in _traversal(c_1): pass
node.next = c_1.header
is_intersect, intersect_node = check_loop(c_2)[:2]
# Un-loop
node.next = None
return is_intersect, intersect_node

最后,通过下面的函数进行测试,首先生成两个不相交的链表并用两种方法进行判断,接着讲其中一个链表和另一个链表相交,再进行判断。

 if __name__ == '__main__':
print('------------ intersect check ------------------')
print('''
chain_1: 0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6
chain_2: 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9 -> 10 -> 11 -> 12 -> 13
''')
chain_1 = LinkedList(range(7))
chain_2 = LinkedList(range(3, 14))
print('Linked lists are intersected: %s, intersected node is: %s' % check_intersect_one(chain_1, chain_2))
print('Linked lists are intersected: %s, intersected node is: %s' % check_intersect_two(chain_1, chain_2)) # Merge two linked lists
print('''Merge two linked lists:
chain_1: 0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 _
\\
chain_2: 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9 -> 10 -> 11 -> 12 -> 13
''')
node_6 = chain_1.find(6)
node_7 = chain_2.find(7)
node_6.next = node_7 # Method one:
print('Linked lists are intersected: %s, intersected node is: %s' % check_intersect_one(chain_1, chain_2))
# Method two:
print('Linked lists are intersected: %s, intersected node is: %s' % check_intersect_two(chain_1, chain_2))

输出结果

------------ intersect check ------------------

    chain_1:  0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6
chain_2: 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9 -> 10 -> 11 -> 12 -> 13 Linked lists are intersected: False, intersected node is: None
Linked lists are intersected: False, intersected node is: None
Merge two linked lists:
chain_1: 0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 _
\
chain_2: 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9 -> 10 -> 11 -> 12 -> 13 Linked lists are intersected: True, intersected node is: 7
Linked lists are intersected: True, intersected node is: 7

参考链接


http://blog.csdn.net/liuxialong/article/details/6555850

http://www.cppblog.com/humanchao/archive/2008/04/17/47357.html

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