力扣hot100-环形链表(2)142

这是一个经典的链表算法题,通常使用**快慢指针法(Floyd 判圈算法)**来解决。这种方法不需要额外的存储空间,时间复杂度为 O(N)。

算法思路解析

  1. 判断是否有环

    • 使用两个指针 fastslow

    • fast 每次走两步,slow 每次走一步。

    • 如果链表中没有环,fast 最终会遇到 nullptr

    • 如果链表中有环,fast 最终会追上 slow,两者会在环内相遇。

  2. 寻找环的入口

    • fastslow 相遇时,假设链表头到环入口距离为 x,环入口到相遇点距离为 y,从相遇点再回到环入口距离为 z

    • 相遇时,slow 走了 x + yfast 走了 x + y + n(y + z)(即多走了 n 圈)。

    • 因为 fast 速度是 slow 的两倍,所以:2(x + y) = x + y + n(y + z)

    • 化简得:x = (n - 1)(y + z) + z

    • 这个公式的含义是:从头节点出发的指针从相遇点出发的指针 ,同时每次走一步,它们最终会在环的入口节点相遇。

复杂度分析:

  • 时间复杂度O(N)。在判断是否有环时,快慢指针最多遍历链表一次;寻找入口时,也最多遍历一次。

  • 空间复杂度O(1)。只使用了几个指针变量,没有使用额外的数组或哈希表。

cpp 复制代码
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 * int val;
 * ListNode *next;
 * ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        // 定义快慢指针,初始都指向头节点
        ListNode* fast = head;
        ListNode* slow = head;
        
        while (fast != nullptr && fast->next != nullptr) {
            // 慢指针走一步
            slow = slow->next;
            // 快指针走两步
            fast = fast->next->next;
            
            // 如果快慢指针相遇,说明链表中存在环
            if (slow == fast) {
                // 此时,我们需要找到环的入口
                // 根据数学推导:
                // 从头节点出发一个指针 index1
                // 从相遇节点出发一个指针 index2
                // 它们每次都走一步,最终会在环的入口处相遇
                
                ListNode* index1 = fast;
                ListNode* index2 = head;
                
                while (index1 != index2) {
                    index1 = index1->next;
                    index2 = index2->next;
                }
                
                // 返回环的入口节点
                return index2;
            }
        }
        
        // 如果循环结束(fast 遇到 null),说明没有环
        return nullptr;
    }
};
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