[寻找环链表入口点] 快慢指针数学原理剖析

链表环路检测及环入口定位是一个非常经典的算法问题，它可在死锁检测等实际应用场景发挥重要作用。想必大家都知道这个问题应该使用快慢指针去求解，因为它具有最优的时间复杂度O(n)。但是大家可能对快慢指针的数学原理不是很清楚，为啥它能达到最优。详细读了这篇文章，大家必定豁然开朗，掌握快慢指针背后的数学原理。

 我们直接来看图。

先讲一下链表环路检测的原理，相比环入口定位，原理比较简单。

起点设置两个快慢指针，同时开始往后跑，每跑一次必须检测快指针是否到达链表末尾(下一个节点值为null)，如果到达链表末尾则证明该链表无环。如果该链表存在环，则快慢指针总有邂逅（相遇）的那一刻，由此每跑一次，除了检测快指针是否到达链表末尾，还需检测快慢指针所在节点是否相同，相同则代表两指针相遇了，即环存在。为什么环存在时快慢指针一定会相遇呢，想必不用过多解释了，举个简单生活中例子，两个人在足球场跑步，同一起点出发，跑的快的人一定会在某一时刻追上跑的慢的人（多跑一圈）。

现在来分析环入口定位的原理。

环入口定位的前提是先找到快慢指针相遇点，即上述所讲的链表环检测操作（注意存在一个限定条件，快指针的步长必须为2，慢指针步长必须为1）。当找到相遇点后，在起点处和相遇点处分别设置指针p1和p2，步长均为1，它们同时往后跑，当p1，p2相遇时，它们的相遇点便是环入口。

现在来一波数学推理，证明一下上述算法的正确性。