[LeetCode] 142. Linked List Cycle II

原题链接：https://leetcode.com/problems/linked-list-cycle-ii/

1. 题目介绍

Given a linked list, return the node where the cycle begins. If there is no cycle, return null.
To represent a cycle in the given linked list, we use an integer pos which represents the position (0-indexed) in the linked list where tail connects to. If pos is -1, then there is no cycle in the linked list.
Note: Do not modify the linked list.

给出一个链表，返回环形开始的那个节点。如果这个链表中没有环，那么就返回null。
为了表示一个链表中的环形。我们使用整数pos代表链表的尾节点指向的节点。如果pos是- 1 ，说明这个链表没有环。 这个pos在函数的调用中不会被调用，也就是，pos我们不知道。
注意： 不要修改链表

Example 1:

Input: head = [3,2,0,-4], pos = 1
Output: tail connects to node index 1
Explanation: There is a cycle in the linked list, 
where tail connects to the second node.

Example 2:

Input: head = [1,2], pos = 0
Output: tail connects to node index 0
Explanation: There is a cycle in the linked list, 
where tail connects to the first node.

Example 3:

Input: head = [1], pos = -1
Output: no cycle
Explanation: There is no cycle in the linked list.

2. 解题思路

2.1 方法1：使用HashSet

使用集合HashSet。从头至尾遍历链表，每次都将经过的节点放入集合。如果当前的节点 cur 在集合中已经出现过了，那么 cur 就是环形开始的那个节点。

实现代码

public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {

		if (head ==null || head.next ==null) {
			return null;
		}

        ListNode assist = new ListNode(0);
        assist.next = head;
        HashSet<ListNode> set = new HashSet<>();
        ListNode cur = assist.next;

        while(cur != null){
        	if (set.contains(cur) == true) {
        		return cur;
        	}else{
        		set.add(cur );
        		cur = cur.next;
        	}
        }
        return null;
    }
}

2.2 双指针法

注： 本解法和图片源自： https://www.cnblogs.com/hiddenfox/p/3408931.html

有一个快指针fast，还有一个慢指针slow。快指针每次走2步，慢指针每次走1步。
由于链表有环，那么快指针必定要超过慢指针。两个指针之间的路程差等于环的长度减去一开始两个指针的路程差。

首先我们看下面这张图：

设：链表头是X，环的第一个节点是Y， slow 和 fast 第一次的交点是Z。各段的长度分别是 a , b , c，如图所示。环的长度是L。slow 和 fast 的速度分别是 1 和 2。
第一次相遇时slow走过的距离：a+b，fast走过的距离：a+b+c+b。

因为fast的速度是slow的两倍，所以fast走的距离是slow的两倍，有 2(a+b) = a+b+c+b，可以得到a=c（这个结论很重要！）。
我们发现L=b+c=a+b，也就是说，从一开始到二者第一次相遇，之间的路程就等于环的长度。

我们已经得到了结论a=c，那么让两个指针分别从X和Z开始走，每次走一步，那么正好会在Y相遇！也就是环的第一个节点。

实现代码

public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {

		if (head ==null || head.next ==null) {
			return null;
		}

        ListNode assist = new ListNode(0);
        assist.next = head;
        
        ListNode slow = assist.next;
        ListNode fast = assist.next;
        
        //这里必须用do-while循环
        //两个指针的起始位置都是一样的，要先跑起来，再判断是否相等
        do{
        	if( fast == null || fast.next == null){
        		return null;
        	}
        	fast = fast.next.next;
        	slow = slow.next;
        }
        while(fast != slow);
        
        //慢指针回到head处
        slow = assist.next;
        while(slow != fast){
        	slow = slow.next;
        	fast = fast.next;
        }
        return slow;
    }
}

3. 参考链接

https://blog.youkuaiyun.com/willduan1/article/details/50938210
https://www.cnblogs.com/hiddenfox/p/3408931.html