链表寻找环的入口

给一个链表,若其中包含环,请找出该链表的环的入口结点,否则,输出null。

分析:如何判断有环?如何找到环的入口节点?

首先判断是否有环
1.穷举法。(每个节点都放到一个哈希表数组)这里我们使用容器set,如果遍历到某个链表结点已经在set中,那么该点即为环的入口结点;
2.快慢指针法。
(1)快指针一次走两步,慢指针一次走一步。如果有环的话,那么快指针一定会追上快指针,就像一个环形的跑道中,跑的快的运动员一定会追上跑的慢的运动员。
(2)快指针先走一步,然后和慢指针一起从从节点开始走。如果有环的话,那么快指针一定会追上快指针,就像一个环形的跑道中,跑的快的运动员一定会追上跑的慢的运动员。

如何找到环的入口节点
参考一种思路。一个数学问题。


image.png

如上图,

首先我们设:

链表头到环入口长度为--a

环入口到相遇点长度为--b

相遇点到环入口长度为--c

先说说快慢指针法的(2)。

如果链表存在环,那么计算出环的长度n,快指针先走n步,然后快指针和慢指针一块走,当两者相遇时,即为环的入口处;
证明如下:
设:

链表头到环入口长度为--a

链表总长度--k

环的长度--n

则:a+n=k,当快节点先走了一个环的长度n时,再走一个a的路程就到达链表的终点,也就是环的入口。所以此时让一个指针从头节点开始走,当两个指针相遇时,即为环的入口节点。

快慢指针法的(1)

两个结论:

1、设置快慢指针,假如有环,他们最后一定相遇。

2、两个指针分别从链表头和相遇点继续出发,每次走一步,最后一定相遇与环入口。

证明如下

证明1:设置快慢指针fast和low,fast每次走两步,low每次走一步。假如有环,两者一定会相遇(因为low一旦进环,可看作fast在后面追赶low的过程,每次两者都接近一步,最后一定能追上)。

证明2:

快指针路程=a+(b+c)k+b ,k>=1 其中b+c为环的长度,k为绕环的圈数(k>=1,即最少一圈,不能是0圈,不然和慢指针走的一样长,矛盾)。

慢指针路程=a+b

快指针走的路程是慢指针的两倍,所以:

(a+b)*2=a+(b+c)k+b

化简可得:

a=(k-1)(b+c)+c 这个式子的意思是: 链表头到环入口的距离=相遇点到环入口的距离+(k-1)圈环长度。其中k>=1,所以k-1>=0圈。所以两个指针分别从链表头和相遇点出发,最后一定相遇于环入口。

通过的测试用例


/*
 public class ListNode {
    int val;
    ListNode next = null;

    ListNode(int val) {
        this.val = val;
    }

*/

public class Solution {
    public ListNode EntryNodeOfLoop(ListNode pHead)
    {
        ListNode fast=pHead;
        ListNode slow=pHead;
         ListNode meet=null;
        while(fast.next!=null||fast==null){
            fast=fast.next.next;
            slow=slow.next;
       
            if(slow==fast){
                meet=fast;
                fast=pHead;
                while(fast!=meet){   //判断节点相遇
                    fast=fast.next;
                    meet=meet.next;
                
                }
                
                    return fast;
                }
            
            }
            
        if(fast.next==null||fast==null){
            return null;
            
             }
       return null;
        }
        
    }

ps:题外话:昨天去孩子王笔试+面试 这是面试官问我的一道题目:如何在一个单链表判断是否有环,很遗憾,在面试官提示快慢指针的情况下还是没有想清楚,回答错误。希望吸取教训,好好补基础+多想想。2019/5/21

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