LeetCode Hot100(23/100)——142. 环形链表 II

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一、题目描述

给定一个链表,返回链表 开始入环的第一个节点 。

如果链表中没有环,则返回 null。

注意:不允许修改链表结构。


二、示意图与问题本质

假设链表结构如下:

在这里,链表的尾节点 -4 指向了 2 节点,从而形成了一个环。题目要求返回环开始的节点,即节点值为 2 的节点。


三、思维导图

环形链表 II
定义与目标
查找入环节点
无环返回 null
解法路线
快慢指针(Floyd 判圈)
哈希集合法
分析指标
时间复杂度
空间复杂度
代码实现


四、解法一:哈希集合法(直观易懂)

思路

我们可以用一个 Set 记录访问过的节点。

每次遍历时,检查当前节点是否已存在于集合中:

  • 若存在,说明当前节点即为 入环节点。
  • 若不存在,则继续向下走并添加到集合中。

流程图

是
否
是
否
当前节点 head
节点是否为空?
返回 null
Set 中是否包含该节点?
返回当前节点
将当前节点加入 Set
head = head.next

时间与空间复杂度

  • 时间复杂度:O(n)
  • 空间复杂度:O(n)

Java 代码

java 复制代码
public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        Set<ListNode> visited = new HashSet<>();
        ListNode curr = head;
        while (curr != null) {
            if (visited.contains(curr)) {
                return curr; // 找到入环点
            }
            visited.add(curr);
            curr = curr.next;
        }
        return null; // 无环
    }
}

优缺点

优点 缺点
思路直观,容易实现 需要额外空间存储访问节点

五、解法二:快慢指针法(Floyd 判圈算法)

思路

使用两个指针:

  • 快指针 fast 每次走两步。
  • 慢指针 slow 每次走一步。
  1. 如果存在环,fast 与 slow 最终会在环中相遇。
  2. 相遇后,将 fast 指针置回 head,两个指针每次都走一步。
  3. 当它们再次相遇时,相遇点即为 入环节点。

原理推导

设:

  • 链表从头到入环点的长度为 a
  • 入环点到第一次相遇点的长度为 b
  • 环的长度为 r

第一次相遇时:

复制代码
slow 走了 a + b
fast 走了 a + b + k*r  (k为圈数)

因为 fast 的速度是 slow 的两倍:

复制代码
2(a + b) = a + b + k*r
=> a = k*r - b

这意味着:

从起点走 a 步,与从相遇点走 r - b 步(即再次绕环)会在入环节点相遇。

时序图

快指针 慢指针 链表头 快指针 慢指针 链表头 loop 移动指针直到相遇或结束 loop 同步前进直到再次相遇 初始化 初始化 前进 1 步 前进 2 步 相遇于环中 重置至链表头 前进一步 前进一步 再次相遇 ->> 入环节点

时间与空间复杂度

  • 时间复杂度:O(n)
  • 空间复杂度:O(1)

Java 代码

java 复制代码
public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        if (head == null) return null;
        ListNode slow = head, fast = head;

        // 第一次相遇
        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            if (slow == fast) {
                // 第二阶段
                fast = head;
                while (fast != slow) {
                    fast = fast.next;
                    slow = slow.next;
                }
                return fast; // 入环节点
            }
        }
        return null; // 无环
    }
}

优缺点

优点 缺点
不需要额外空间 理解原理相对抽象,需要数学推导

六、总结

解法 思路 时间复杂度 空间复杂度 适用场景
哈希集合法 记录访问过的节点 O(n) O(n) 快速验证思路
快慢指针法 数学+双指针 O(n) O(1) 实际应用最优方案
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