LeetCode 142. 环形链表 II

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：

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：

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：

输入：head = [1], pos = -1

输出：返回 null

解释：链表中没有环。

提示：

链表中节点的数目范围在范围 [0, 10^4] 内
-10^5 <= Node.val <= 10^5
pos 的值为 -1 或者链表中的一个有效索引

进阶：你是否可以使用 O(1) 空间解决此题？

解法思路：

1、hash，遍历每个节点并记录，再次遍历到则存在环并返回

2、快慢指针，先判断是否有环，若有，则找出环的第一个节点（从相遇点到入环点的距离加上 n−1 圈的环长，恰好等于从链表头部到入环点的距离，使用第三个指针（初始化指向head），third 与 slow 刚好在入环处相遇）

法一：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        // hash
        // Time: O(n)
        // Space: O(n)
        ListNode pos = head;
        Set<ListNode> set = new HashSet<>();
        while (pos != null) {
            if (set.contains(pos)) {
                return pos;
            } else {
                set.add(pos);
            }
            pos = pos.next;
        }
        return null;
    }
}

法二：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        // 快慢指针，先判断是否有环，若有，则找出环的第一个节点
        // 1. 判断是否有环
        if (head == null || head.next == null || head.next.next == null) return null;
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head;
        boolean hasCircle = false;
        while (fast.next != null && fast.next.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            if (slow == fast) {
                hasCircle = true;
                break;
            }
        }
        // 2. 找出入环节点
        // 从相遇点到入环点的距离加上 n−1 圈的环长，恰好等于从链表头部到入环点的距离
        // 使用第三个指针（初始化指向head），third 与 slow 刚好在入环处相遇 
        if (hasCircle) {
            ListNode third = head;
            while (slow != third) {
                slow = slow.next;
                third = third.next;
            }
            return third;
        }
        return null;
    }
}

数学证明：从相遇点到入环点的距离加上 n−1 圈的环长，恰好等于从链表头部到入环点的距离