链表环问题解析-优快云博客

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LeetCode 141 判断链表中是否有环

给定一个链表，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，我们使用整数 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。

如果链表中存在环，则返回 true 。否则，返回 false 。

进阶：

你能用 $O (1)$ （即，常量）内存解决此问题吗？

示例 1：
在这里插入图片描述

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：
在这里插入图片描述

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：
在这里插入图片描述
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, 10^4]
-10^5 <= Node.val <= 10^5
pos 为 -1 或者链表中的一个 有效索引 。

解题思路：

单链表由于每个节点值都有一个next，故若包含环，则一定是在链表的尾部形成了环，且只会有一个环，即尾结点的next指向了其之前的某个节点。快慢指针，快的走两步，慢的走一步，如果快指针能追上慢指针，即相遇，说明有环（原因是快指针一次走两步，慢指针一次走一步，所以快指针相对于慢指针是每次前进一步，如果有环，则快慢指针都进入环后，快指针在一步一步追慢指针，最终一定会追上），如果快指针走到了链表的末尾（fast.next = null)都没有追上慢指针，那么链表就不包含环。

Java代码

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public boolean hasCycle(ListNode head) {
        /*快慢指针，快的走两步，慢的走一步，两个指针能相遇，说明有环*/
        if(head == null || head.next == null) return false;
        //由于要判断slow和fast是否指着同一结点，所以最开始，肯定不能让他们指着同一结点
        ListNode fast = head.next;
        ListNode slow = head;
        // 因为等下要取fast.next.next,链式调用前需要先判断下fast,fast.next都不为空
        while(fast != null && fast.next != null){
            if(slow == fast){
                return true;
            }else{
                fast = fast.next.next;
                slow = slow.next;
            }
        }
        return false;
    }
}

在这里插入图片描述

Go代码

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * type ListNode struct {
 *     Val int
 *     Next *ListNode
 * }
 */
func hasCycle(head *ListNode) bool {
    /*快慢指针，快的走两步，慢的走一步，两个指针能相遇，说明有环*/
    if head == nil {
        return false
    }
    slow := head
    //由于要判断slow和fast是否指着同一结点，所以最开始，肯定不能让他们指着同一结点
    fast := head.Next 
    for fast != nil && fast.Next != nil{
        if slow == fast {
            return true
        }
        slow = slow.Next
        fast = fast.Next.Next   
    }
    return false
}

在这里插入图片描述

LeetCode 142 链表中环的入口节点

142 链表中环的入口节点

给定一个链表，返回链表开始入环的第一个节点。如果链表无环，则返回 null。

为了表示给定链表中的环，我们使用整数 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 仅仅是用于标识环的情况，并不会作为参数传递到函数中。

说明： 不允许修改给定的链表。

进阶：

你是否可以使用 O(1) 空间解决此题？

示例 1：

在这里插入图片描述

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：

在这里插入图片描述

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：

在这里插入图片描述

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, 104] 内
-105 <= Node.val <= 105
pos 的值为 -1 或者链表中的一个有效索引

解题思路：

判断链表是否有环
计算环中节点个数
找出环的入口节点

Java代码

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        if(head == null || head.next == null) return null;
        //1、判断链表是否有环
        ListNode fast = head.next;
        ListNode slow = head;
        boolean flag = false;//标记是否有环

        while(fast.next != null && fast.next.next != null){
            if(slow == fast){
                flag = true;//fast和slow在环中某个节点相遇，标记有环
                break;//有环，退出while循环
            }else{
                fast = fast.next.next;
                slow = slow.next;
            }
        }
        if(flag == false){
            return null;//无环直接返回null，退出
        }
        //2、有环，接着往下走，这次只让快指针每次走一步，当快慢指针再相遇后就可以知道环中有几个节点了
        fast = fast.next;//由于退出下面while的条件就是fast!=slow，故开始就让fast先走一步
        int count = 1;//fast本身，故初始计数为1
        while(fast != slow){
            fast = fast.next;
            count++;
        }
        /*3、此时已经知道了环的节点个数，且快慢指针又相遇了，现在让快慢指针都从头节点开始，快指针先走count步，之后快慢指针同时走，每次走一步，相遇的时候，就找到了环的入口(因为整个链表节点总数是环的节点个数与环之前的节点个数之和，故其中一个指针先走n步（环的节点个数），之后再两个指针一起走，相遇时，则刚好都是走了整个链表节点数减去环的节点个数，相遇点即环的入口)*/
        fast = head;
        slow = head;
        for(int i = 0;i < count;i++){
            fast = fast.next;
        }
        while(fast != slow){
            fast = fast.next;
            slow = slow.next;
        }
        return fast;

    }
}

在这里插入图片描述

Go代码

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * type ListNode struct {
 *     Val int
 *     Next *ListNode
 * }
 */
func detectCycle(head *ListNode) *ListNode {
    // 1. 链表是否有环
    if head == nil {
        return nil
    }
    // 快慢指针，判断是否有环
    slow,fast := head,head.Next
    flag := false
    for fast != nil && fast.Next != nil {
        if slow == fast {
            flag = true
            break //有环，退出循环
        } else {
            slow = slow.Next
            fast = fast.Next.Next
        }
    }

    if !flag {
        return nil
    }

    // 2. 有环，继续让fast一步一步走，和slow再次相遇时，便知道环共有多少节点
    // 由于退出下面for的条件就是fast!=slow，故开始就让fast先走一步，故计数n初始为1
    n := 1
    fast = fast.Next
    for fast != slow {
        fast = fast.Next
        n++
    }

    /*3.此时已经知道了环的节点个数，现在让快慢指针都从头节点开始，
    快指针先走n步，之后快慢指针同时走，每次走一步，相遇的时候，就找到了环的入口(因为
    整个链表节点总数是环的节点个数与环之前的节点个数之和(假设共m个节点，走到最后一个节点应该是m-1步，但这里
    是要走到最后一个节点的再后一个节点才是相遇点，所以共会走m步），故其中一个指针先走n步（环的节点个数），
    之后再两个指针一起走，相遇时（都走了m - n)步，刚好都是走了整个链表节点数减去环的节点个数步，相遇点即环的入口)*/
    slow,fast = head,head
    for i := 0;i < n ;i++{
        fast = fast.Next
    }
    for slow != fast {
        slow = slow.Next
        fast = fast.Next
    }

    return slow
}