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LeetCode 287 环检测算法 python实现

LeetCode 287 环检测算法 python实现

作者: 李白开水 | 来源:发表于2020-07-08 16:14 被阅读0次

    题目要求:

    给定一个包含 n + 1 个整数的数组 nums,其数字都在 1 到 n 之间(包括 1 和 n),可知至少存在一个重复的整数。假设只有一个重复的整数,找出这个重复的数。

    示例1:

    输入: [1,3,4,2,2]
    输出: 2

    示例2:

    输入: [3,1,3,4,2]
    输出: 3

    要求:

    不能更改原数组(假设数组是只读的)。
    只能使用额外的 O(1) 的空间。
    时间复杂度小于 O(n2) 。
    数组中只有一个重复的数字,但它可能不止重复出现一次。

    参考代码:

    class Solution:
        def findDuplicate(self, nums: List[int]) -> int:
            slow, fast = 0, 0
            slow = nums[slow]
            fast = nums[nums[fast]]
            while nums[slow] != nums[fast]:
                slow = nums[slow]
                fast = nums[nums[fast]]
            fast = 0
            while nums[slow] != nums[fast]:
                slow = nums[slow]
                fast = nums[fast]
            return nums[fast]
    

    先看一个基本原理:


    image.png

    快慢指针同时在起点,快指针每次走两步,慢指针每次走一步。
    第一步:


    image.png
    第二步:
    image.png

    第三步:


    image.png
    这时候快慢指针相遇了。

    把快指针放到开始位置,和慢指针一样,每次走一步。

    image.png

    走一步:


    image.png

    走两步:


    image.png
    再相遇的时候,就是环的入口,即是重复的那个元素。

    为什么再次相遇一定是环的入口?

    原理:

    image.png
    把从开始到环起点的位置长度标为A,环的总长标为L,从环的入口到快指针慢指针相遇的位置长度标为X,从相遇位置走到环入口的位置的长度标为Y。
    所以可以得到:
    慢指针从开始到相遇位置走了A + X的长度。
    快慢指针相遇的时候,慢指针一定没走完环的一圈。因为当慢指针刚到环上的时候,快指针一定已经到环上了,而且它一直在环上出不去了。又因为快指针速度是慢指针的两倍,所以相遇时必然只绕了一圈。
    快指针速度是慢指针的两倍,所以从开始到相遇位置一共走了2(A + X)的长度
    快指针走过的长度还等于2(A + X) + K * L,意思就是说,快指针走过的长度比慢指针多了k乘以环的长度,也就是快指针可能比慢指针多走了几个环。
    所以可以得到2(A + X) = (A + X) + K * L
    化简得到A + X = K * L
    所以A = k * L - X
    因为快指针一定在环上走了超过一圈,所以k一定是大于等于1的,那么可以得到A = (k - 1) * L + L - X
    L - X就是
    所以得到:A = (k - 1) * L + Y
    所以?的长度即为Y的长度,所以两个指针再次相遇的时候一定在环的入口处。

    参考视频:
    https://www.bilibili.com/video/BV1w54y1d77K?from=search&seid=12572759627295289696

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