算法题
链表(linked list)
环形链表II

环形链表II

题目

给定一个链表的头节点 head ,返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环,则返回 null。

如果链表中有某个节点,可以通过连续跟踪 next 指针再次到达,则链表中存在环。 为了表示给定链表中的环,评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置(索引从 0 开始)。如果 pos 是 -1,则在该链表中没有环。注意:pos 不作为参数进行传递,仅仅是为了标识链表的实际情况。

不允许修改链表。

示例 1:

输入:head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出:返回索引为 1 的链表节点
解释:链表中有一个环,其尾部连接到第二个节点。

示例 2:

输入:head = [1,2], pos = 0
输出:返回索引为 0 的链表节点
解释:链表中有一个环,其尾部连接到第一个节点。

示例 3:

输入:head = [1], pos = -1
输出:返回 null
解释:链表中没有环。

思路

主要考察两知识点:

  • 判断链表是否环
  • 如果有环,如何找到这个环的入口

**判断链表是否有环:**可以使用快慢指针法,分别定义 fast 和 slow 指针,从头结点出发,fast指针每次移动两个节点,slow 指针每次移动一个节点,如果 fast 和 slow 指针在途中相遇 ,说明这个链表有环。

fast 指针一定先进入环中,如果 fast 指针和 slow 指针相遇的话,一定是在环中相遇,这是毋庸置疑的。

此时已经可以判断链表是否有环了,那么接下来要找这个环的入口了。

假设从头结点到环形入口节点 的节点数为x。 环形入口节点到 fast指针与slow指针相遇节点 节点数为y。 从相遇节点 再到环形入口节点节点数为 z。

那么相遇时: slow 指针走过的节点数为: x + y,fast指针走过的节点数:x + y + n (y + z),n为fast指针在环内走了n圈才遇到slow指针,(y+z)为一圈内节点的个数A。

因为fast指针是一步走两个节点,slow指针一步走一个节点, 所以 fast 指针走过的节点数 = slow指针走过的节点数 * 2:

(x + y) * 2 = x + y + n (y + z)

两边消掉一个(x+y): x + y = n (y + z)

因为要找环形的入口,那么要求的是x,因为x表示 头结点到 环形入口节点的的距离。

所以要求x ,将x单独放在左面:x = n (y + z) - y ,

再从n(y+z)中提出一个(y+z)来,整理公式之后为如下公式:x = (n - 1) (y + z) + z 注意这里n一定是大于等于1的,因为 fast 指针至少要多走一圈才能相遇 slow 指针。

当 n 为1的时候,公式就化解为 x = z

这就意味着,从头结点出发一个指针,从相遇节点也出发一个指针,这两个指针每次只走一个节点, 那么当这两个指针相遇的时候就是环形入口的节点。

那么 n如果大于1是什么情况呢,就是fast指针在环形转n圈之后才遇到 slow 指针。

其实这种情况和n为1的时候 效果是一样的,一样可以通过这个方法找到 环形的入口节点,只不过,index1 指针在环里 多转了(n-1)圈,然后再遇到index2,相遇点依然是环形的入口节点。

解法

func detectCycle(head *ListNode) *ListNode {
    if head == nil {
        return nil
    }
 
    slow, fast := head, head
    for fast != nil {
        // slow指针每次走一步
        slow = slow.Next
        if fast.Next != nil {
            // fast指针每次走两步
            fast = fast.Next.Next
        } else {
            return nil
        }
 
        // 如果fast指针和slow指针相遇,说明有环
        if fast == slow {
            index1 := head
            // 从头结点开始,index1指针和slow指针每次都走一步,直到相遇
            for index1 != slow {
                index1 = index1.Next
                slow = slow.Next
            }
            return index1
        }
    }
    return nil
}