【链表, 哈希表, 双指针】环形链表 II

题目

142. 环形链表 II

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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。

提示：

• 链表中节点的数目范围在范围 [0, 10^4] 内
• -10^5 <= Node.val <= 10^5
• pos 的值为 -1 或者链表中的一个有效索引

解题

方法一：哈希表

思路

遍历每个节点放入不重复集合中，如果放不进去则说明节点重复，链表中有环，直接返回该节点。完成遍历后没有出现环则返回 null。

代码

public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        Set<ListNode> hash = new HashSet<>();
        while (head != null) {
            if (!hash.add(head)) {
                return head;
            }
            head = head.next;
        }
        return null;
    }
}

方法二：双指针(快慢指针)

思路

首先与 【链表, 双指针】环形链表 一样地判断换是否存在，当快慢指针相遇时，让其中任意一个指针指向头节点，然后让它俩以相同速度前进，再次相遇时所在的节点位置就是环开始的位置。

为什么？

我们假设快慢指针相遇时，慢指针 slow 走了 k 步，那么快指针 fast 一定走了 2k 步：

fast 一定比 slow 多走了 k 步，这多走的 k 步其实就是 fast 指针在环里转圈圈，所以 k 的值就是环长度的「整数倍」。

假设相遇点距环的起点的距离为 m，那么结合上图的 slow 指针，环的起点距头结点 head 的距离为 k - m，也就是说如果从 head 前进 k - m 步就能到达环起点。

巧的是，如果从相遇点继续前进 k - m 步，也恰好到达环起点。因为结合上图的 fast 指针，从相遇点开始走k步可以转回到相遇点，那走 k - m 步肯定就走到环起点了：

所以，只要我们把快慢指针中的任一个重新指向 head，然后两个指针同速前进，k - m 步后一定会相遇，相遇之处就是环的起点了。

参考：判断链表是否包含环

代码

public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        ListNode slow = head, fast = head;
        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            if (slow == fast) break;
        }
        if (fast == null || fast.next == null) return null;
        slow = head;
        while (slow != fast) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next;
        }
        return slow;
    }
}

class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        ListNode* slow = head, * fast = head;
        while (fast && fast->next) {
            slow = slow->next;
            fast = fast->next->next;
            if (slow == fast) {
                slow = head;
                while (slow != fast) {
                    slow = slow->next;
                    fast = fast->next;
                }
                return slow;
            }
        }
        return nullptr;
    }
};