2022-02-27环形链表linked-list-cycle

1.判断单链表是否有环

给你一个链表的头节点 head ,判断链表中是否有环。

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)。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。

如果链表中存在环 ,则返回 true 。 否则,返回 false 。

使用hash表标记法

遍历一次链表,用hash表记录已访问的链表,如果遍历中第二次出现已访问的元素,则证明存在环

快慢指针


# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, x):
#         self.val = x
#         self.next = None

class Solution:
    def hasCycle(self, head: Optional[ListNode]) -> bool:
        if not head:
            return False
        # 构建虚拟节点
        dummy = ListNode()
        dummy.next = head
        # 慢指针一次走一步,快指针一次走两步
        slow = dummy.next
        fast = dummy.next.next
        while slow != fast:
            # 若无环,则快指针必然会先到达链表尾部
            if not fast or not fast.next:
                return False
            slow = slow.next
            fast = fast.next.next
        return True




2.寻找环的入口

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。


哈希表

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, x):
#         self.val = x
#         self.next = None

class Solution:
    def detectCycle(self, head: ListNode) -> ListNode:
        exists = dict()
        while head:
            if head in exists:
                return head
            exists[head] = 1
            head = head.next
        return None
     

快慢指针

设链表中环外部分的长度为 a。
slow指针进入环后,又走了 b 的距离与fast 相遇。
此时,fast 指针已经走完了环的 n 圈,因此它走过的总距离为 a+n(b+c)+b=a+(n+1)b+nc

根据题意,任意时刻,fast 指针走过的距离都为slow 指针的 2 倍。因此,有:
a+(n+1)b+nc=2(a+b) ⟹ a=c+(n−1)(b+c)

有了 a=c+(n-1)(b+c) 的等量关系,我们会发现:
从相遇点到入环点的距离加上 n-1圈的环长,恰好等于从链表头部到入环点的距离。

因此,当发现slow 与 fast 相遇时,我们再额外使用一个指针p。起始,它指向链表头部;随后,它和slow 每次向后移动一个位置。最终,它们会在入环点相遇。

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, x):
#         self.val = x
#         self.next = None

class Solution:
    def detectCycle(self, head: ListNode) -> ListNode:
        if not head:
            return None
        dummy = ListNode()
        dummy.next = head
        slow = dummy.next
        fast = dummy.next.next
        p = dummy
        # 当slow和fast相遇时,p和slow继续前进后一定会在环入口处相遇
        while slow:
            if not fast or not fast.next:
                return None
            slow = slow.next
            fast = fast.next.next

            if slow == fast:
                while p != slow:
                    p = p.next
                    slow = slow.next
                return p
        return None

        

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