之前讲过《NC4 判断链表中是否有环》 只需要判断是否有环即可,而今天这题如果有环还要找出环的入口,这题我们可以使用两种方式来解决


1,快慢指针解决

在前面我们提到过快慢指针,判断是否有环。如果有环,在来找环的入口。如果没环直接返回null即可,我们假设是有环的,那么会有两种情况,一种是O型,一种是6型,其实原理都一样,这里主要看一下6字型的环,他会有两种情况,


一种是环很大,如下图所示。

图片说明

如果有环,那么快指针走过的路径就是图中a+b+c+b,慢指针走过的路径就是图中a+b,因为在相同的时间内,快指针走过的路径是慢指针的2倍,所以这里有a+b+c+b=2*(a+b),整理得到a=c,也就是说图中a的路径长度和c的路径长度是一样的。

在相遇的时候再使用两个指针,一个从链表起始点开始,一个从相遇点开始,每次他们都走一步,直到再次相遇,那么这个相遇点就是环的入口。


还有一种情况就是环很小,如下图所示

这种情况下当快慢指针在环上相遇的时候,快指针有可能在环上转了好几圈,我们假设相遇的时候快指针已经在环上转了n圈。

那么相遇的时候快指针走过的路径就是a+b+(b+c)*n,(b+c其实就是环的长度),慢指针走过的路径是a+b。由于相同时间内快指针走过的路径是慢指针的2倍。

所以有a+b+(b+c)n=2(a+b),整理得到a+b=n*(b+c),也就是说a+b等于n个环的长度。

我们还可以使用两个指针,一个从链表的起点开始,一个从相遇点开始,那么就会出现一种情况就是,一个指针在路径a上走,一个指针一直在环上转圈,最终会走到第一种情况。

所以无论哪种情况我们都可以使用第一种方式解决,代码如下

public ListNode EntryNodeOfLoop(ListNode pHead) {
    ListNode slow = pHead;//快指针
    ListNode fast = pHead;//慢指针
    while (fast != null && fast.next != null) {
//快慢指针,快指针每次走两步,慢指针每次走一步
        fast = fast.next.next;
        slow = slow.next;
//先判断是否有环,
        if (slow == fast) {
//确定有环之后才能找环的入口
            while (pHead != slow) {
//两指针,一个从头结点开始,
                //一个从相遇点开始每次走一步,直到
                //再次相遇为止
                pHead = pHead.next;
                slow = slow.next;
            }
return slow;
        }
    }
return null;
}

我们来看下运行结果
图片说明

时间复杂度:O(n)
n是链表的长度,判断是否有环的时候,因为快指针每次走两步,所以走过的长度不会超过n,而查找入口的时候两个指针走过的距离也不会超过n,总的时间为O(n)+O(n)=O(n)

空间复杂度:O(1)
只是用了两个快慢指针


2,通过集合Set解决

上面解法可能不是太好理解,这里再来看一种比较好理解的,就把结点一个个全部存放到集合set中,在存放的时候如果出现了重复的结点,说明这个链表是有环的,并且首次重复的这个节点就是环的入口,代码如下

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class Solution {

    public ListNode EntryNodeOfLoop(ListNode pHead) {
        Set<ListNode> set = new HashSet<>();
        while (pHead != null) {
            //如果重复出现说明有环
            if (!set.add(pHead))
                return pHead;
            //否则就把当前节点加入到集合中
            pHead = pHead.next;
        }
        return null;
    }
}

看下运行结果

图片说明

时间复杂度:O(n)
n为链表的长度,我们需要访问链表的所有节点。

空间复杂度:O(n)
把链表的所有节点全部存储到集合Set中


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