环形链表
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】
主要考察两个知识点:
- 判断链表是够有环
- 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,从头节点出发,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。
如果有环,如何找到这个环的入口
此时已经可以判断链表是否有环了,那么接下来就找这个环的入口了。
假设从头结点到环形入口节点 的节点数为a。环形入口节点到fast指针与slow指针相遇节点节点数为b。从相遇节点再到环形入口节点节点数为b。 如图所示:
那么相遇时: slow指针走过的节点数为: a + b
, fast指针走过的节点数:a + b + n (b + c)
,n为fast指针在环内走了n圈才遇到slow指针, (b+c)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:
(a + b) * 2 = a + b + n (b + c)
两边消掉一个(x+y): a + b = n (b + c)
因为要找环形的入口,那么要求的是a,因为a表示头结点到环形入口节点的的距离。
所以要求a,将x单独放在左面:a= n (b + c) - b
,
再从n(b+c)中提出一个 (b+c)来,整理公式之后为如下公式:x = (n - 1) (b + c) + c
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。
这个公式说明什么呢?
先拿n为1的情况来举例,意味着fast指针在环形里转了一圈之后,就遇到了 slow指针了。
当 n为1的时候,公式就化解为 a = b
,
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。
也就是在相遇节点处,定义一个指针index1,在头结点处定一个指针index2。
让index1和index2同时移动,每次移动一个节点, 那么他们相遇的地方就是 环形入口的节点。
本题的关键点在于:如何在判断出有环之后,从fast和slow指针相遇处出发和head出发再次相遇即为链表相交的入口处。
public class Solution { public ListNode detectCycle(ListNode head) { ListNode slow = head; ListNode fast = head; while (fast != null && fast.next != null) { slow = slow.next; fast = fast.next.next; if (slow == fast) { //有环 ListNode index1 = fast; ListNode index2 = head; // 两个指针,从头节点和相遇节点,各走一步,直到相遇,相遇点即为环入口 while (index1 != index2) { index1 = index1.next; index2 = index2.next; } return index1; } } return null; } }