160. 相交链表 ——【Leetcode每日一题】

160. 相交链表

给你两个单链表的头节点 headA 和 headB ，请你找出并返回两个单链表相交的起始节点。如果两个链表不存在相交节点，返回 null 。

图示两个链表在节点 c1 开始相交：

题目数据 保证 整个链式结构中不存在环。

注意，函数返回结果后，链表必须 保持其原始结构

自定义评测：

评测系统 的输入如下（你设计的程序 不适用 此输入）：

• intersectVal - 相交的起始节点的值。如果不存在相交节点，这一值为 0
• listA - 第一个链表
• listB - 第二个链表
• skipA - 在 listA 中（从头节点开始）跳到交叉节点的节点数
• skipB - 在 listB 中（从头节点开始）跳到交叉节点的节点数

评测系统将根据这些输入创建链式数据结构，并将两个头节点 headA 和 headB 传递给你的程序。如果程序能够正确返回相交节点，那么你的解决方案将被 视作正确答案 。

示例 1：

输入： intersectVal = 8, listA = [4,1,8,4,5], listB = [5,6,1,8,4,5], skipA = 2, skipB = 3
输出： Intersected at ‘8’
解释： 相交节点的值为 8 （注意，如果两个链表相交则不能为 0）。
从各自的表头开始算起，链表 A 为 [4,1,8,4,5]，链表 B 为 [5,6,1,8,4,5]。
在 A 中，相交节点前有 2 个节点；在 B 中，相交节点前有 3 个节点。
— 请注意相交节点的值不为 1，因为在链表 A 和链表 B 之中值为 1 的节点 (A 中第二个节点和 B 中第三个节点) 是不同的节点。换句话说，它们在内存中指向两个不同的位置，而链表 A 和链表 B 中值为 8 的节点 (A 中第三个节点，B 中第四个节点) 在内存中指向相同的位置。

示例 2：

输入： intersectVal = 2, listA = [1,9,1,2,4], listB = [3,2,4], skipA = 3, skipB = 1
输出： Intersected at ‘2’
解释： 相交节点的值为 2 （注意，如果两个链表相交则不能为 0）。
从各自的表头开始算起，链表 A 为 [1,9,1,2,4]，链表 B 为 [3,2,4]。
在 A 中，相交节点前有 3 个节点；在 B 中，相交节点前有 1 个节点。

示例 3：

输入： intersectVal = 0, listA = [2,6,4], listB = [1,5], skipA = 3, skipB = 2
输出： null
解释： 从各自的表头开始算起，链表 A 为 [2,6,4]，链表 B 为 [1,5]。
由于这两个链表不相交，所以 intersectVal 必须为 0，而 skipA 和 skipB 可以是任意值。
这两个链表不相交，因此返回 null 。

提示：

• listA 中节点数目为 m
• listB 中节点数目为 n
• $1<=m,n<=3\ast 10^4$
• $1<=Node.val<=10^5$
• 0 <= skipA <= m
• 0 <= skipB <= n
• 如果 listA 和 listB 没有交点，intersectVal 为 0
• 如果 listA 和 listB 有交点，intersectVal == listA[skipA] == `listB[skipB]``

进阶： 你能否设计一个时间复杂度 $O(m+n)$ 、仅用 $O(1)$ 内存的解决方案？

思路：

例如以下示例中 A 和 B 两个链表相交于 c1：

A:          a1 → a2
                    ↘
                      c1 → c2 → c3
                    ↗
B:    b1 → b2 → b3

但是不会出现以下相交的情况，因为每个节点只有一个 next 指针，也就只能有一个后继节点，而以下示例中节点 c 有两个后继节点。

A:          a1 → a2       d1 → d2
                    ↘  ↗
                      c
                    ↗  ↘
B:    b1 → b2 → b3        e1 → e2

要求时间复杂度为 $O(N)$，空间复杂度为 $O(1)$。如果不存在交点则返回 null。

设 A 的长度为 a + c，B 的长度为 b + c，其中 c 为尾部公共部分长度，可知 a + c + b = b + c + a。

当访问 A 链表的指针访问到链表尾部时，令它从链表 B 的头部开始访问链表 B；同样地，当访问 B 链表的指针访问到链表尾部时，令它从链表 A 的头部开始访问链表 A。这样就能控制访问 A 和 B 两个链表的指针能同时访问到交点。

如果不存在交点，那么 a + b = b + a，以下实现代码中 l1 和 l2 会同时为 null，从而退出循环。

代码：(Java、C++)

Java

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    
    
    public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
    
    
        ListNode l1 = headA, l2 = headB;
    while (l1 != l2) {
    
    
        l1 = (l1 == null) ? headB : l1.next;
        l2 = (l2 == null) ? headA : l2.next;
    }
    return l1;
    }
}

C++

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
    
    
public:
    ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {
    
    
        ListNode* l1 = headA;
        ListNode* l2 = headB;
    while (l1 != l2) {
    
    
        l1 = (l1 == NULL) ? headB : l1->next;
        l2 = (l2 == NULL) ? headA : l2->next;
    }
    return l1;
    }
};

运行结果：

复杂度分析：

• 时间复杂度：时间复杂度：$O(m+n)$，其中 $m$ 和 $n$ 是分别是链表 $headA$ 和 $headB$ 的长度。两个指针同时遍历两个链表，每个指针遍历两个链表各一次。

• 空间复杂度：$O(1)$。

题目来源：力扣。

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