数据结构练习题5（链表和栈）

1环形链表 II

给定一个链表的头节点 head ，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 null。

如果链表中有某个节点，可以通过连续跟踪 next 指针再次到达，则链表中存在环。为了表示给定链表中的环，评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始 ）。如果 pos 是 -1，则在该链表中没有环。注意：pos 不作为参数进行传递，仅仅是为了标识链表的实际情况。

不允许修改链表。

示例 1：

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输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：返回索引为 1 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

示例 2：

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输入：head = [1,2], pos = 0
输出：返回索引为 0 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。

示例 3：

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输入：head = [1], pos = -1
输出：返回 null
解释：链表中没有环。

提示：

链表中节点的数目范围在范围 [0, 104] 内
-105 <= Node.val <= 105
pos 的值为 -1 或者链表中的一个有效索引

思路：

初始化指针：
- 使用两个指针 fast 和 slow，初始时都指向链表的头节点 head。
检测环：
- 在一个 while 循环中，不断移动 fast 和 slow 指针，直到 fast 或 fast->next 变为 NULL 或者 fast 和 slow 指针相遇。
- fast 指针每次移动两步（fast = fast->next->next）。
- slow 指针每次移动一步（slow = slow->next）。
- 当 fast 和 slow 指针相遇时，说明链表中存在环。
检查是否有环：
- 如果 fast 或 fast->next 变为 NULL，说明链表没有环，此时返回 NULL。
找到环的入口：
- 当快慢指针相遇后，将 fast 指针重新指向链表的头节点 head。
- 然后让 fast 和 slow 指针同时每次移动一步，直到它们再次相遇。
- 二者相遇的节点就是环的入口节点。
返回环的入口节点：
- 返回 fast 或 slow 指针，它们此时指向环的入口节点。

代码：

cs 复制代码

struct ListNode *detectCycle(struct ListNode *head) {
    // 使用快慢指针检测是否有环
    struct ListNode* fast = head;
    struct ListNode* slow = head;

    while (true) {
        // 如果快指针或快指针的下一个节点为 nullptr，直接返回 nullptr
        if (fast == nullptr || fast->next == nullptr) {
            return nullptr; 
        }
        fast = fast->next->next; // 快指针移动两步
        slow = slow->next;       // 慢指针移动一步

        // 检查快慢指针是否相遇
        if (fast == slow) {
            break; // 找到环
        }
    }

    // 找到环的入口
    fast = head; // 将快指针重置到头节点
    while (fast != slow) {
        fast = fast->next; // 快指针和慢指针同时移动一步
        slow = slow->next;
    }

    // 返回环的入口节点
    return fast;
}

2有效的括号

给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串 s ，判断字符串是否有效。

有效字符串需满足：

左括号必须用相同类型的右括号闭合。
左括号必须以正确的顺序闭合。
每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。

示例 1：

**输入：**s = "()"

**输出：**true

示例 2：

**输入：**s = "()[]{}"

**输出：**true

示例 3：

**输入：**s = "(]"

**输出：**false

示例 4：

**输入：**s = "([])"

**输出：**true

提示：

1 <= s.length <= 104
s 仅由括号 '()[]{}' 组成

思路：

先来分析一下这里有三种不匹配的情况，
第一种情况，字符串里左方向的括号多余了，所以不匹配。（第一种情况：已经遍历完了字符串，但是栈不为空，说明有相应的左括号没有右括号来匹配，所以return false）第二种情况，括号没有多余，但是括号的类型没有匹配上。（第二种情况：遍历字符串匹配的过程中，发现栈里没有要匹配的字符。所以return false）
第三种情况，字符串里右方向的括号多余了，所以不匹配。（遍历字符串匹配的过程中，栈已经为空了，没有匹配的字符了，说明右括号没有找到对应的左括号return false）我们的代码只要包含这三种不匹配的情况，就不会出问题

字符串遍历完之后，栈是空的，就说明全都匹配了。

代码：

cs 复制代码

bool isValid(char * s) {
    int len = strlen(s);
    // 为栈分配内存，栈最多能存储 len 个元素
    char* stack = malloc(sizeof(char) * len); 
    int count = 0; // 栈的当前大小
    
    // 遍历字符串中的每个字符
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        // 如果是左括号，压入栈中
        if (s[i] == '(' || s[i] == '{' || s[i] == '[') {
            stack[count++] = s[i]; // 将左括号压入栈中
        } 
        // 如果是右括号，进行匹配检查
        else {
            // 检查当前栈是否为空，或栈顶的左括号是否与当前右括号匹配
            if (count == 0) {
                // 情况 3：遍历字符串匹配的过程中，栈已经为空了，没有匹配的字符了，说明右括号没有找到对应的左括号
                return false; 
            }
            char top = stack[count - 1]; // 获取栈顶元素
            // 检查匹配
            if ((s[i] == ')' && top == '(') || 
                (s[i] == '}' && top == '{') || 
                (s[i] == ']' && top == '[')) {
                count--; // 匹配成功，弹出栈顶元素
            } else {
                // 情况 2：遍历字符串匹配的过程中，发现栈里没有要匹配的字符
                return false; 
            }
        }
    }
    
    // 情况 1：已经遍历完了字符串，但是栈不为空，说明有相应的左括号没有右括号来匹配
    return count == 0; // 返回 true，表示有效；否则返回 false，无效
}