判断链表中环的起点

本文介绍了一种利用快慢指针检测链表中是否存在环的方法,并进一步详细解释了如何定位到环的起始节点。通过数学推导,阐述了快慢指针相遇时环起点的确定原理。

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第一步:判断有没有环?

快慢指针同时指向链表头部,快指针每次指向后序的后序,慢指针每次指向后序,如果快指针追上了慢指针,那么表示存在环。

第二步:找到环的起点

假设a为进入环之前的路程,b为慢指针在环上走的路程,x为环的周长。

那么,慢指针在环上距离起点的长度为:b%x

快指针所走过的总路程的:2(a+b)

快指针距离起点的长度为:[2(a+b)-a]%x

因为快指针最终追上了慢指针,也就是他们距离起点的长度相等:b%x = (a+2b)%x

根据同余定理,(a+b)%x = 0 。

根据上式子可得:a = n*x-b   这个等式可以理解为,当一个指针走完a的长度,另外一个指针还差b的长度就走完了n倍的环。目前把slow指针放回head,每次指向它的next,让它走a的长度;fast指针位置不变还是在b,速度变为每次指向next。那么当slow走完了a的长度,fast应该刚好走完n倍的环,于是在起点相遇。

<think>好的,我现在要解决用户的问题:如何在链表中找到的入口节点。根据用户提供的引用内容,我需要结合已有的信息来整理出一个清晰的回答。首先,用户提到了快慢指针法,这应该是关键。 首先,我需要回顾一下快慢指针法的基本步骤。根据引用[1]和[2],算法分为两个阶段:判断是否有,然后找到入口。当快慢指针相遇时,说明存在。然后,将快指针(或者另一个指针)移回头部,以相同速度移动,直到相遇点即为入口。 接下来,我需要理解这个算法背后的数学原理。引用[3]和[4]提到,假设链表头到入口的距离是a,入口到相遇点的距离是b,相遇点到入口的距离是c。快指针走的路程是a + n(b+c) + b,而慢指针是a + b。根据快指针是慢指针速度的两倍,可以得到等式:a + n(b+c) + b = 2(a + b),化简后得到a = (n-1)(b+c) + c。这说明a等于c加上n-1圈的长度。因此,当两个指针分别从头节点和相遇点出发,以相同速度前进时,它们会在入口相遇。 然后,我需要考虑如何将这个逻辑转化为代码。根据引用[4]和[5]中的示例代码,实现步骤大致如下: 1. 初始化快慢指针,都指向头节点。 2. 快指针每次移动两步,慢指针每次移动一步,直到相遇或快指针到达链表末尾(无)。 3. 相遇后,重置快指针到头部,然后快慢指针以每次一步移动,再次相遇点即为入口。 需要注意的是边界条件,比如链表为空或者只有一个节点的情况。此外,要确保快指针在移动时不会访问空指针的next,因此在循条件中需要检查fast和fast->next是否为null。 现在,我需要用中文将这些步骤清晰地表达出来,并确保代码部分正确无误。同时,根据用户提供的引用,可能还需要对比哈希表的方法,说明快慢指针法的优势,比如空间复杂度为O(1)。 最后,生成相关问题,如算法的时间复杂度、证明过程、其他方法等,以帮助用户深入理解。</think>### 链表的入口节点查找方法 #### 核心算法:快慢指针法(Floyd算法) **实现步骤**: 1. **判断的存在性** 初始化快指针$fast$和慢指针$slow$,均指向链表头部。快指针每次移动两步,慢指针每次移动一步。若两指针相遇,则说明链表存在。 2. **定位入口节点** 当快慢指针相遇后,将快指针重新指向链表头部。随后,快慢指针以相同速度(每次一步)同步移动。当它们再次相遇时,所在位置即为的入口节点。 #### 数学原理 设链表头到入口的距离为$a$,入口到相遇点的距离为$b$,相遇点到入口的距离为$c$(总长$L=b+c$)。 - **快指针路程**: $a + nL + b$($n$为快指针在内绕行的圈数) - **慢指针路程**: $a + b$ 根据速度关系$v_{fast}=2v_{slow}$,可得: $$a + nL + b = 2(a + b) \implies a = (n-1)L + c$$ 这表明$a$等于$c$加上若干倍长。因此从头指针和相遇点同步移动时,最终会在入口相遇[^4]。 #### 代码实现(Python) ```python class ListNode: def __init__(self, x): self.val = x self.next = None def detectCycle(head: ListNode) -> ListNode: fast, slow = head, head # 第一阶段:检测 while fast and fast.next: fast = fast.next.next slow = slow.next if fast == slow: # 相遇说明有 # 第二阶段:定位入口 fast = head while fast != slow: fast = fast.next slow = slow.next return fast return None # 无 ``` #### 对比哈希法 - **快慢指针法**:时间复杂度$O(n)$,空间复杂度$O(1)$,无需额外存储。 - **哈希法**:记录访问过的节点,第一个重复节点即入口,时间复杂度$O(n)$,空间复杂度$O(n)$[^4]。
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