循环检测算法:龟兔赛跑是否有进入循环的条件?

Cycle Detection Algorithm: Is there a condition for Tortoise and Hare to enter into cycle?

最近参加一个面试,遇到了下面这个问题,一直想不通

问题一:

根据我读到的证明,乌龟一次移动 1 步,兔子一次移动 2 步。我明白这一点,他们会在某个时候相遇,因为兔子的移动速度是乌龟的两倍。他们不能有任何随机值,例如 2 和 3 或 3 和 5 或 2 和 4。如果是这样,他们会找出循环吗?选择龟兔赛跑值的条件是什么?我们可以选择任何随机值吗?

问题2:

龟兔赛跑有什么条件可以进入循环吗? 假设 Tortoise 和 Hare 是否具有以下值分别为 2 和 4。链表就像

            3   
          /   \
    1 -  2     4
          \   /
            5

如果乌龟在节点 3 进入循环,而兔子在节点 2 进入循环,那么它们在循环内永远不会相遇。那么龟兔赛跑是否有进入循环的条件呢?

是否应该选择任何限制值以使它们彼此相遇?

两者的运动速率必须互质,才能捕捉任何长度的周期。我认为这是一个充分条件。

RE Q1:龟兔速度的最大公约数不能是环路长度的约数(1除外)。所以例如如果 gcd(vTortoise, vHare)=2,它将检测奇数长度的循环,但对于偶数长度的循环可能会失败。 Q2涉及失败的情况。

RE Q2: 当上述限制条件不成立时检测循环,即当循环长度被M = gcd(vTortoise, vHare)整除时,如果龟兔在不同的位置进入循环,则不会检测到循环从循环开始取模 M。所以在上面的例子中,如果兔子和乌龟都进入模数 M 相等的位置,则 M=2 和循环将被检测到,例如0和2,0和4,2和4,1和3,等等。但是如果他们进入循环,则不会检测到循环(因此龟兔会无限旅行)例如在位置 0 和 1,或 0 和 3、1 和 2 等

假设乌龟从编号 T 开始并采取步骤 St 并且兔子从 H 开始并采取步骤 Sh .

他们满足的充要条件是

|T - H| = k X gcd (St , Sh)

即他们起始位置的差异应该是他们步数 gcd 的倍数。