LeetCode 142：環形連結清單 II Linked List Cycle II

給定一個連結清單，傳回連結清單開始入環的第一個節點。 如果連結清單無環，則傳回

null

。

為了表示給定連結清單中的環，我們使用整數

pos

來表示連結清單尾連接配接到連結清單中的位置（索引從 0 開始）。 如果

pos

是

-1

，則在該連結清單中沒有環。

說明：不允許修改給定的連結清單。

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：連結清單中有一個環，其尾部連接配接到第二個節點。           

示例 2：

輸入：head = [1,2], pos = 0
輸出：tail connects to node index 0
解釋：連結清單中有一個環，其尾部連接配接到第一個節點。           

示例 3：

輸入：head = [1], pos = -1
輸出：no cycle
解釋：連結清單中沒有環。           

進階： 你是否可以不用額外空間解決此題？

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

解題思路：

和上一道題比隻多了一步判斷入環節點在哪。兩種方法：

哈希表：

哈希表添加節點時隻要發現節點已經存在了，證明就有環形連結清單。并且已存在的節點即為入環節點

雙指針：

畫了個圖幫助了解：

一快一慢雙指針開始從頭結點周遊連結清單，快節點速度為2，慢節點速度為1：

相遇時：

慢節點走了：

a+b

由于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剛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

可以得出結論，如果此時讓慢節點或快節點中的一個指向頭節點，另一個留在相遇節點，然後速度都為1，繼續周遊連結清單，雙指針再次相遇時的節點剛好是入環節點。

注：為了了解友善，把長度 b 定為上半部分長度，實際上 b 應該為快慢節點相遇時慢節點繞過環形連結清單的總長度

哈希表解題：

Java：

public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        if (head == null) return null;//如果是空連結清單直接傳回
        Set<ListNode> nodeSet = new HashSet<>();//構造哈希表
        while (head.next != null) {//連結清單下一個不為空
            if (nodeSet.contains(head)) return head;//哈希表包含該節點則存在環形連結清單
            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：

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為null
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            if (slow == fast) {//如果相同，存在環形連結清單
                slow = head;//指向頭節點
                while (slow != fast) {//繼續周遊，再次相遇時的節點即為入環節點
                    slow = slow.next;
                    fast = fast.next;
                }
                return slow;
            }
        }
        return null;
    }
}           

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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