回环相关知识

回环是链表中一个比较有意思的类型,指的是一条链表尾部的节点连接了链表中某一个节点,导致这个链表会无限遍历,具体表现为如下图所示

那么,在回环链表中我们要探索什么呢?第一,我们要探索一个链表是否有无回环;第二,我们要找到链表的回环入口。

问题一:探索有无回环

若要探索有无回环,我们要用到链表基本技能:快慢指针。和解呢?我们设置两个指针,快指针的速度是慢指针的二倍,当快指针不会NULL时就一直循环,如果存在回环,慢指针在进入回环时,快指针已经在回环里面了,那么当慢指针在里面动的时候,快指针就会开始追慢指针,如果确实存在回环,那么快指针总有一天会追上慢指针。那么,为什么会追上呢?

首先我们假设慢指针入环时,快指针与慢指针的距离为N,快指针速度为2,慢指针速度为1,那么他们的相对速度就是1。于是每走一步,快指针与慢指针的距离就减1,距离从N-1,到N-2.......1,0.一直下去,就会碰到。

问题二:如何找到进入节点

如何找到进入循环的那个节点呢?首先,依然要使用快慢指针,速度依然是1和2.如果有回环的话,那么就会有一个地方是相遇节点meet。当找到相遇节点时,设置一个指针从开头开始走,再设置一个指针从相遇节点开始走。当这两个指针相遇时,那个节点便是循环节点。

原理如下:设置开头到循环节点处的距离为L,回环内的距离总和为C,此时fast已经在里面走了x圈,设相遇节点距离尾节点N距离。那么,当slow和fast指针相遇时,他们分别走了L+N和L+N+C*x;又因为fast的速度是slow的两倍。那么L+N+C*x = 2*(L+N),解得L+N = C*x;所以L = C*(x-1) -N+C;C-N就是相遇节点到进入节点的距离,C*(x-1)表示的是meet指针在回环又多饶了几圈,无关紧要,因此最终便是如此。

struct ListNode *detectCycle(struct ListNode *head) 
{
    struct ListNode *slow = head,*fast = head;
    while(fast && fast->next)
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
        if(slow == fast)
        {
            struct ListNode *meet = slow;
            while(meet !=head)
            {
                head = head->next;
                meet = meet->next;
            }
            return meet;
        }
    }
    return NULL;

}
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