算法：142环形链表第一个节点 II-和【扩展】

原创已于 2024-06-07 18:44:16 修改 · 896 阅读

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#链表 #数据结构

于 2024-06-03 11:45:05 首次发布

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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。

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

进阶：你是否可以使用 O(1) 空间解决此题？

解题：

方法一：哈希表
思路与算法

一个非常直观的思路是：我们遍历链表中的每个节点，并将它记录下来；一旦遇到了此前遍历过的节点，就可以判定链表中存在环。借助哈希表可以很方便地实现。

/**
 * 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) {
        ListNode pos = head;
// 这个很重要!!!
        Set<ListNode> visited = new HashSet<ListNode>();
        while (pos != null) {
            if (visited.contains(pos)) {
                return pos;
            } else {
                visited.add(pos);
            }
            pos = pos.next;
        }
        return null;
    }
}

复杂度分析

时间复杂度：O(N)，其中 N 为链表中节点的数目。我们恰好需要访问链表中的每一个节点。

空间复杂度：O(N)，其中 N 为链表中节点的数目。我们需要将链表中的每个节点都保存在哈希表当中。

作者：力扣官方题解
链接：https://leetcode.cn/problems/linked-list-cycle-ii/solutions/441131/huan-xing-lian-biao-ii-by-leetcode-solution/
来源：力扣（LeetCode）
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

方法二：快慢指针

这是一个经典的链表环检测问题，可以通过快慢指针的方法解决。具体步骤如下：

使用两个指针，一个慢指针 slow 和一个快指针 fast，初始时都指向链表的头节点 head。
快指针 fast 每次前进两步，慢指针 slow 每次前进一步，直到两个指针相遇，或者快指针 fast 到达链表的末尾（即指向 null）。
如果快指针 fast 到达了链表的末尾，说明链表中没有环，返回 null。
如果两个指针相遇（即 slow == fast），说明链表中存在环，此时将慢指针 slow 重新指向链表头节点 head。
接下来，让慢指针 slow 和快指针 fast 每次都前进一步，直到两个指针再次相遇。相遇点即为环的入口节点。

public class ListNode {
    int val;
    ListNode next;

    ListNode(int x) {
        val = x;
        next = null;
    }
}

public class LinkedListCycle {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head;
        boolean hasCycle = false;

        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;

            if (slow == fast) {
                hasCycle = true;
                break;
            }
        }

        if (!hasCycle) {
            return null;
        }

        slow = head;
        while (slow != fast) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next;
        }

        return slow;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建链表
        ListNode head = new ListNode(3);
        ListNode node1 = new ListNode(2);
        ListNode node2 = new ListNode(0);
        ListNode node3 = new ListNode(-4);

        head.next = node1;
        node1.next = node2;
        node2.next = node3;
        node3.next = node1;  // 创建环

        LinkedListCycle solution = new LinkedListCycle();
        ListNode cycleNode = solution.detectCycle(head);

        if (cycleNode != null) {
            System.out.println("链表开始入环的第一个节点的值为: " + cycleNode.val);
        } else {
            System.out.println("链表中不存在环");
        }
    }
}

扩展：

是否有环：

	// 链表中是否有环
	public ListNode getNodeInloop(ListNode head) {
		if (head == null || head.next == null) {
			return null;
		}
		
		ListNode slowListNode = head.next;
		ListNode fastListNode = slowListNode.next;

		while (fastListNode != null && slowListNode != null) {
			if (slowListNode == fastListNode) {
				return slowListNode;
			}
			
			slowListNode = slowListNode.next;
			fastListNode = fastListNode.next;
			if (fastListNode.next != null) {
				fastListNode = fastListNode.next;
			}
		}
		
		return null;
	}

删除倒数第n个指针：

	// 删除倒数第几个点
	public ListNode removeNodeFromEnd(ListNode head, int n) {
		ListNode dummy = new ListNode(0);
		dummy.next = head;
		
		ListNode frontListNode = head, backListNode = dummy;
		for (int i= 0; i < n; i++) {
			frontListNode = frontListNode.next;
		}
		
		while (frontListNode != null) {
			frontListNode = frontListNode.next;
			backListNode  = backListNode.next;
		}
		
		backListNode.next = backListNode.next.next;
		return dummy.next;
	}

首个字段--环大小方案：

	// 获取环的首个节点--环大小方案
	public ListNode detectCycleFastAndSlow(ListNode head) {
		ListNode inLoopListNode = getNodeInloop(head);
		if (inLoopListNode == null) {
			return null;
		}
		
		int loopCount = 1;
		// 先走n步
		for (ListNode node = inLoopListNode; node.next != inLoopListNode; node = node.next) {
			loopCount++;
		}
		
		ListNode fastListNode = head, slowListNode = head; 
		for (int i = 0; i < loopCount; i++) {
			fastListNode = fastListNode.next;
		}
		
		while (fastListNode != slowListNode) {
			fastListNode = fastListNode.next;
			slowListNode = slowListNode.next;
		}
		
		return slowListNode;
	}