Wie kann Floyds Cycle-Finding-Algorithmus Schleifen in verknüpften Listen erkennen?

So identifizieren Sie Schleifenstrukturen in verknüpften Listen

In der Informatik sind verknüpfte Listen allgegenwärtige Datenstrukturen, die zum Speichern und Organisieren von Daten verwendet werden. Verkettete Listen können jedoch ein besonderes Phänomen aufweisen, das als Schleife bezeichnet wird. Eine Schleife tritt auf, wenn der letzte Knoten in der Liste auf einen Knoten früher in der Sequenz zeigt, wodurch ein endloser Zyklus entsteht.

Um dieses Problem zu beheben, müssen Programmierer geschickt erkennen, ob eine verknüpfte Liste Schleifenverhalten aufweist. Eine zuverlässige Technik zur Schleifenerkennung ist Floyds Zyklusfindungsalgorithmus, auch bekannt als „Schildkröten- und Hasen-Algorithmus“.

Dieser Algorithmus arbeitet nach dem Prinzip der Differentialbewegung. Indem Floyds Algorithmus einen Referenzzeiger (den Hasen) jeweils um zwei Knoten vorwärts bewegt und gleichzeitig einen anderen Referenzzeiger (die Schildkröte) um einen Knoten vorwärts bewegt, scannt er effektiv die verknüpfte Liste.

Abhängig von der Struktur der verknüpften Liste, Zwei Ergebnisse sind möglich:

• Schleifenliste: Wenn die verknüpfte Liste eine Schleife enthält, schneiden sich die Tortoise- und Hare-Zeiger schließlich am selben Knoten. Dies bestätigt das Vorhandensein einer Schleife.
• Azyklische Liste: Wenn keine Schleife vorhanden ist, stößt entweder der Tortoise- oder Hare-Zeiger auf einen Nullwert, was das Ende der Liste ohne Schleife anzeigt Schleifenverhalten.

Die folgende Java-Implementierung des Floyd-Algorithmus kann verwendet werden, um festzustellen, ob eine bestimmte verknüpfte Liste eine Schleife enthält:

<code class="java">public boolean hasLoop(Node first) {
    if (first == null) {
        return false;
    }
    Node slow = first;
    Node fast = first;
    while (true) {
        slow = slow.next;
        if (fast.next != null) {
            fast = fast.next.next;
        } else {
            return false;
        }
        if (slow == null || fast == null) {
            return false;
        }
        if (slow == fast) {
            return true;
        }
    }
}</code>

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