LeetCode：环形链表

1、题目描述

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 。

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：true
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：true
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：false
解释：链表中没有环。

提示：

• 链表中节点的数目范围是 [0, 104]

• -105 <= Node.val <= 105

• pos 为 -1 或者链表中的一个 有效索引 。

进阶：你能用 O(1)（即，常量）内存解决此问题吗？

2、方法1：哈希

解题思路

1. 初始化哈希集合：创建一个 HashSet 来存储已经访问过的节点引用（地址）。

2. 遍历链表：

   • 从链表头节点 head 开始，依次访问每个节点。

   • 对于当前节点 head：

     • 如果 head 已经存在于 HashSet 中：

       • 说明该节点之前已经被访问过，链表存在环，直接返回 true。

     • 如果 head 不在 HashSet 中：

       • 将该节点加入 HashSet，表示已经访问过。

       • 移动 head 指针到下一个节点（head = head.next）。

3. 遍历结束：

   • 如果 head 移动到 null，说明链表无环，返回 false。

关键点：

• 哈希集合存储的是节点引用（地址），而不是节点的值（val），因此可以正确处理链表中有重复值的情况。

• 时间复杂度：O(n)，需要遍历整个链表。

• 空间复杂度：O(n)，最坏情况下需要存储所有节点。

代码

//使用哈希set来解题
    public static boolean isCycle(ListNode head){
        if (head == null) return false;
        HashSet<ListNode> visited = new HashSet<>();
        while (head != null){
            if (visited.contains(head)) { //存在，说明已经访问过该节点，说明有环
                return true;
            }
            //无环，将该节点存放到hashset中，并指针下移
            visited.add(head);
            head = head.next;
        }
        return false;  //最后因为循环到null，说明无环，返回false
    }

3、方法2：快慢指针

解题思路

1. 初始化指针：

   • 慢指针 l 指向头节点 head。

   • 快指针 r 指向 head.next（初始时快指针比慢指针快一步）。

2. 遍历链表：

   • 循环条件：l != r（即快慢指针未相遇）。

   • 在循环中：

     • 检查快指针是否能移动两步：

       • 如果 l.next 和 r.next 均不为 null，则：

         • 慢指针 l 移动一步（l = l.next）。

         • 快指针 r 移动两步（r = r.next.next）。

     • 如果快指针无法移动两步：

       • 说明链表无环（因为快指针已经到达链表末尾），直接返回 false。

3. 循环结束：

   • 如果退出循环，说明 l == r，即快慢指针相遇，链表存在环，返回 true。

关键点

• 快慢指针的速度差：

  • 慢指针每次移动一步，快指针每次移动两步。

  • 如果有环，快指针最终会追上慢指针（类似于跑步套圈）。

• 无环的判断：

  • 如果快指针遇到 null，说明链表无环。

• 时间复杂度：O(n)，快指针遍历速度更快。

• 空间复杂度：O(1)，仅需两个指针，无需额外空间。

代码

//使用快慢指针解题
    public static boolean isCycle1(ListNode head){
        if (head == null) return false;
        ListNode last = head, fast = head;
        while (fast != null && fast.next != null && fast.next.next != null){
            last = last.next;
            fast =  fast.next.next;
            if (fast == last) return true;//当相遇说明有环
        }
        return false;//当退出循环，说明无环
    }