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❄️个人专栏:《C语言》《【初阶】数据结构与算法》
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文章目录
- 前言
- 一、带环链表
- 二、环形链表(寻找相遇点)
-
- [2.1 题目](#2.1 题目)
- [2.2 算法原理](#2.2 算法原理)
- [2.3 代码](#2.3 代码)
- [2.4 数学证明](#2.4 数学证明)
-
- [2.4.1 结论](#2.4.1 结论)
- 总结与每日励志
前言
链表带环问题是数据结构中的经典考点,核心在于通过快慢指针法判断环的存在并定位入口点。本文从 LeetCode 两道真题出发,拆解快慢指针的相遇逻辑与数学推导,结合代码实现与严谨证明,清晰呈现带环链表的解题思路,帮助读者深入理解指针策略在链表问题中的灵活运用。
一、带环链表
1.1题目
链接:带环链表

注:这道题我们依旧使用高阶要求来做题
1.2 算法原理
核心思想: 快慢指针 --- 相遇即为链表带环
创建两个指针 --- slow和fast初始指向head,遍历链表slow每次走一步,fast每次走两步,那么就会分成两种情况:
• 链表不带环:那么fast一定可以遍历到NULL,
•链表带环:fast一定比slow先走进循环,在环内不断循环,当slow也进入循环时,如果链表带坏则与fast必定能相。
1.3 代码
coffeescript
/**
* Definition for singly-linked list.
* struct ListNode {
* int val;
* struct ListNode *next;
* };
*/
typedef struct ListNode* ListNode;
bool hasCycle(struct ListNode *head)
{
ListNode slow = head;
ListNode fast = head;
//如果不相遇分为奇数个和偶数个
while(fast && fast->next)
{
slow = slow->next;
fast = fast->next->next;
//链表相遇
if(fast == slow)
return true;
}
//能跳出循环 --- 不带环
return false;
}
1.4 数学证明
1.4.1 为什么带环slow与fast必定能相遇?

假设slow进环时与fast的差距为N,那么接下来就是追击问题,slow每次走一步,fast每次走两步。那么每走完一次slow的距离就会变成:N - 1,N - 2,N -3...2,1,0,故必定会相遇
1.4.2 fast一定只能走2步吗?可以是2步甚至更多吗?
1.4.2.1 以3步为例

假设slow进环时与fast的差距为N,那么接下来就是追击问题,slow每次走一步,fast每次走三步。会分成两种情况:
•当N是偶数时:N - 2,N - 4,N - 6...4,2,0
•当N是奇数时:N - 2,N - 4,N - 6...3,1,-1

也就是当N是偶数时,必定会相遇,当N是奇数时最后距离为-1,也就是会错过,如果假设圆环周长为C,那么当 N 是奇数时且fast与slow错过后进入新一轮追击,距离变为C-1,那么又会变成两个的情况:
•当N = C -1是偶数时(C为奇数):N - 2,N - 4...4,2,0
•当N = C - 1是奇数时(C为偶数):N - 2,N - 4...3,1,-1
综上我们可以分析出要让slow和fast不相遇只有一种可能:C为偶数且第一轮追击中N为奇数同时成立。
C为偶数且第一轮追击中N为奇数能同时满足吗?
那我们还是假设当slow进环时,slow与fast相距N:
slow走过的距离:L。
fast走过的距离为:L + C * x(x:为绕环圈数) + C - N。
slow与fast始终满足:slow = 2 * fast。
联立上面三个式子可得:2L = (x+ 1) * C - N ,我们分析可得该等式为:偶数 = (x + 1) 偶数 - 奇数不成立,故两个条件无法同时成立 ,故不会永远追不上,slow和fast必定相遇,
1.4.3结论
• 链表带环,使用快慢指针,无论fast走几步,都必定在环内与slow相遇。
二、环形链表(寻找相遇点)
2.1 题目
链接:环形链表(寻找相遇点)

2.2 算法原理
2.3 代码
coffeescript
/**
* Definition for singly-linked list.
* struct ListNode {
* int val;
* struct ListNode *next;
* };
*/
typedef struct ListNode* ListNode;
struct ListNode *detectCycle(struct ListNode *head)
{
ListNode slow = head;
ListNode fast = head;
while(fast && fast->next)
{
slow = slow->next;
fast = fast->next->next;
if(slow == fast)
{
ListNode meet = slow;
while(meet != head)
{
meet = meet->next;
head = head->next;
}
return meet;
}
}
return NULL;
}
2.4 数学证明

H 为链表的起始点,E 为环入口点,M 与判环时候相遇点
设:环的长度为 R,H 到 E 的距离为 L, E 到 M 的距离为 X则: M 到 E 的距离为 R - X。在判环时,快慢指针相遇时所走的路径长度:
fast: L + X + nR
slow: L + X
注意:
当慢指针进入环时,快指针可能已经在环中绕了 n 圈了,n 至少为 1因为:快指针先进环走到 M 的位置,最后又在 M 的位置与慢指针相遇
慢指针进环之后,快指针肯定会在慢指针走一圈之内追上慢指针。
因为:慢指针进环后,快慢指针之间的距离最多就是环的长度,而两个指针在移动时,每次它们之间的距离都缩减一步,因此在慢指针移动一圈之前快指针肯定是可以追上慢指针的。

极端情况下,假设 n = 1,此时:L=R−X即:一个指针从链表起始位置运行,一个指针从相遇点位置绕环,每次都走一步,两个指针最终会在入口点的位置相遇
2.4.1 结论
• 让一个指针从链表起始位置开始遍历链表,同时让一个指针从判环时相遇点的位置开始绕环运行,两个指针都是每次均走一步,最终肯定会在入口点的位置相遇。
总结与每日励志
✨本文系统梳理了带环链表的判环与入口定位方法,核心在于利用快慢指针的速度差实现相遇,再通过双指针同步遍历定位入口。每一次逻辑推导都是思维的锤炼,每一行代码都是能力的沉淀。愿你在技术之路上保持热爱与专注,以严谨态度攻克难题,永远相信美好的事情即将发生,用坚持书写属于自己的精彩。
