LeetCode 142：環形鏈表 II Linked List Cycle II

給定一個鏈表，返回鏈表開始入環的第一個節點。 若是鏈表無環，則返回 null。

爲了表示給定鏈表中的環，咱們使用整數 pos 來表示鏈表尾鏈接到鏈表中的位置（索引從 0 開始）。 若是 pos 是 -1，則在該鏈表中沒有環。

**說明：**不容許修改給定的鏈表。

Given a linked list, return the node where the cycle begins. If there is no cycle, return null.

To represent a cycle in the given linked list, we use an integer pos which represents the position (0-indexed) in the linked list where tail connects to. If pos is -1, then there is no cycle in the linked list.

Note: Do not modify the linked list.

示例 1：

輸入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
輸出：tail connects to node index 1
解釋：鏈表中有一個環，其尾部鏈接到第二個節點。

示例 2：

輸入：head = [1,2], pos = 0
輸出：tail connects to node index 0
解釋：鏈表中有一個環，其尾部鏈接到第一個節點。

示例 3：

輸入：head = [1], pos = -1
輸出：no cycle
解釋：鏈表中沒有環。

進階： 你是否能夠不用額外空間解決此題？

Follow-up: Can you solve it without using extra space?

解題思路：

和上一道題比只多了一步判斷入環節點在哪。兩種方法：

哈希表：

哈希表添加節點時只要發現節點已經存在了，證實就有環形鏈表。而且已存在的節點即爲入環節點

雙指針：

畫了個圖幫助理解：

一快一慢雙指針開始從頭結點遍歷鏈表，快節點速度爲2，慢節點速度爲1：

相遇時：

慢節點走了：a+b

因爲快指針速度是慢指針的2倍，快節點走了：2(a+b)

快慢節點相遇時快節點比慢節點恰好多走了一圈環形節點。快節點走了：(a+b)+(b+c)

列方程：2(a+b)=(a+b)+(b+c)

解得 a=c

也就是說：相遇節點到入環節點的長度和頭節點到入環節點的長度相等

能夠得出結論，若是此時讓慢節點或快節點中的一個指向頭節點，另外一個留在相遇節點，而後速度都爲1，繼續遍歷鏈表，雙指針再次相遇時的節點恰好是入環節點。

注：爲了理解方便，把長度 b 定爲上半部分長度，實際上 b 應該爲快慢節點相遇時慢節點繞過環形鏈表的總長度

哈希表解題：

Java：

public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        if (head == null) return null;//若是是空鏈表直接返回
        Set<ListNode> nodeSet = new HashSet<>();//構造哈希表
        while (head.next != null) {//鏈表下一個不爲空
            if (nodeSet.contains(head)) return head;//哈希表包含該節點則存在環形鏈表
            nodeSet.add(head);//加入節點
            head = head.next;//下移一位
        }
        return null;
    }
}

Python：

class Solution(object):
    def detectCycle(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: ListNode
        """
        if head is None:
            return None
        hashSet=set()#構造集合
        while(head.next is not None):
            if head in hashSet:#是否已存在
                return head
            hashSet.add(head)
            head=head.next
        return None

雙指針解題：

Java：

public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return null;
        }
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head;
        while (fast != null && fast.next != null) {//快指針及其下一位是否爲null
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            if (slow == fast) {//若是相同，存在環形鏈表
                slow = head;//指向頭節點
                while (slow != fast) {//繼續遍歷，再次相遇時的節點即爲入環節點
                    slow = slow.next;
                    fast = fast.next;
                }
                return slow;
            }
        }
        return null;
    }
}

Python：

class Solution(object):
    def detectCycle(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: ListNode
        """
        if head is None or head.next is None:
            return None
        slow, fast = head, head
        while fast is not None and fast.next is not None:
            slow, fast = slow.next, fast.next.next
            if slow == fast:
                slow = head
                while slow != fast:
                    slow = slow.next
                    fast = fast.next
                return slow
        return None

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