链表-142环形链表Ⅱ

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1.思路

算法流程:

双指针第一次相遇: 设两指针 fast,slow 指向链表头部 head,fast 每轮走 22 步,slow 每轮走 11 步;

第一种结果: fast 指针走过链表末端,说明链表无环,直接返回 null;

TIPS: 若有环,两指针一定会相遇。因为每走 11 轮,fast 与 slow 的间距 +1+1,fast 终会追上 slow;

第二种结果: 当fast == slow时, 两指针在环中 第一次相遇 。下面分析此时fast 与 slow走过的 步数关系 :

设链表共有 a+ba+b 个节点,其中 链表头部到链表入口 有 aa 个节点(不计链表入口节点), 链表环 有 bb 个节点(这里需要注意,aa 和 bb 是未知数,例如图解上链表 a=4a=4 , b=5b=5);设两指针分别走了 ff,ss 步,则有:

fast 走的步数是slow步数的 22 倍,即 f=2sf=2s;(解析: fast 每轮走 22 步)

fast 比 slow多走了 nn 个环的长度,即 f=s+nbf=s+nb;( 解析: 双指针都走过 aa 步,然后在环内绕圈直到重合,重合时 fast 比 slow 多走 环的长度整数倍 );

以上两式相减得:f=2nbf=2nb,s=nbs=nb,即fast和slow 指针分别走了 2n2n,nn 个 环的周长 (注意: nn 是未知数,不同链表的情况不同)。

目前情况分析:

如果让指针从链表头部一直向前走并统计步数k,那么所有 走到链表入口节点时的步数 是:k=a+nb(先走 aa 步到入口节点,之后每绕 11 圈环( bb 步)都会再次到入口节点)。

而目前,slow 指针走过的步数为 nbnb 步。因此,我们只要想办法让 slow 再走 aa 步停下来,就可以到环的入口。

但是我们不知道 aa 的值,该怎么办?依然是使用双指针法。我们构建一个指针,此指针需要有以下性质:此指针和slow 一起向前走 a 步后,两者在入口节点重合。那么从哪里走到入口节点需要 aa 步?答案是链表头部head。

以下是数学的证明

2.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) {
        ListNode *fast = head;
        ListNode *slow = head;
        while(fast!=NULL && fast -> next != NULL){
            slow = slow -> next;
            fast = fast -> next -> next;
            if(fast == slow){
                ListNode *cur = head;
                while(cur != slow){
                    cur = cur -> next;
                    slow = slow -> next;
                }
                return cur;
            }
        }
        return NULL;
    }
};