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【142. 环形链表 II 中等】

时间:2024-08-18 22:24:33浏览次数:11  
标签:II head slow 142 fast 链表 节点 指针

题目:

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:
在这里插入图片描述
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:
在这里插入图片描述
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:
在这里插入图片描述
输入:head = [1], pos = -1
输出:返回 null
解释:链表中没有环。


思路:

这类链表题目一般都是使用双指针法解决的,例如寻找距离尾部第 K 个节点、寻找环入口、寻找公共尾部入口等。

  1. 首先要判断是否有环
  • 双指针的第一次相遇:
    设两指针 fast,slow 指向链表头部 head 。
    令 fast 每轮走 2 步,slow 每轮走 1 步。
    执行以上两步后,可能出现两种结果:
    第一种结果: fast 指针走过链表末端,说明链表无环,此时直接返回 null。
    第二种结果: 如果链表存在环,则双指针一定会相遇。因为每走 1 轮,fast 与 slow 的间距 +1,fast 一定会追上 slow 。当fast == slow时, 两指针在环中第一次相遇。如下图:

在这里插入图片描述

  1. 如果有环,如何找到这个环的入口
    设链表共有 a+b 个节点,其中 链表头部到链表入口 有 a 个节点(不计链表入口节点), 链表环 有 b 个节点;设两指针分别走了 f,s 步,则有:
  • fast 走的步数是 slow 步数的 2 倍,即 f=2s;(解析: fast 每轮走 2 步)

  • fast 比 slow 多走了 n个环的长度,即 f=s+nb;( 解析: 双指针都走过 a 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 )。

    将以上两式相减得到 f=2nb,s=nb,即 fast 和 slow 指针分别走了 2n,n 个环的周长。

    接下来该怎么做呢?

    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,即先走 a 步到入口节点,之后每绕 1 圈环( b 步)都会再次到入口节点。而目前 slow 指针走了 nb 步。因此,我们只要想办法让 slow 再走 a 步停下来,就可以到环的入口。

    但是我们不知道 a 的值,该怎么办?依然是使用双指针法。考虑构建一个指针,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 a 步?答案是链表头节点head。

  • 双指针第二次相遇:
    令 fast 重新指向链表头部节点。此时 f=0,s=nb 。
    slow 和 fast 同时每轮向前走 1 步。
    当 fast 指针走到 f=a 步时,slow 指针走到 s=a+nb 步。此时两指针重合,并同时指向链表环入口,返回 slow 指向的节点即可。
    在这里插入图片描述


代码:

class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        ListNode* slow = head;
        ListNode* fast = head;
        while(fast != nullptr && fast->next != nullptr) {   // fast每次移动两位,所以有两个判断条件
            slow = slow->next;   // slow每次移动一位
            fast = fast->next->next;    // fast每次移动两位
            if(slow == fast) {  // slow和fast第一次相遇
                fast = head;    // fast指向头节点,每次移动一位,再和slow相遇时,就在环形入口
                while(slow != fast) {
                    slow = slow->next;
                    fast = fast->next;
                }
                return slow;
            }    
        }
        return nullptr;

    }
};

总结:

时间复杂度 O(N) :第二次相遇中,慢指针须走步数 a<a+b;第一次相遇中,慢指针须走步数 a+b−x<a+b,其中 x 为双指针重合点与环入口距离;因此总体为线性复杂度;
空间复杂度 O(1) :双指针使用常数大小的额外空间。

  1. 先让双指针的移动速度不一样,构建第一次相遇。
  2. 第一次相遇后,让fast指针指向头节点,双指针移动速度一样,第二次相遇时,双指针同时指向环形入口节点。

参考:

代码随想录
leetCode题解

标签:II,head,slow,142,fast,链表,节点,指针
From: https://blog.csdn.net/yuan_2001_/article/details/141306222

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