LeetCode 141. 环形链表【C++/Java详细题解】

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1、题目

给定一个链表，判断链表中是否有环。

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，我们使用整数 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。

如果链表中存在环，则返回 true 。否则，返回 false 。

进阶：

你能用 $O(1)$ （即，常量）内存解决此问题吗？

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：true
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。
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示例 2：

输入：head = [1,2], pos = 0
输出：true
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。
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示例 3：

输入：head = [1], pos = -1
输出：false
解释：链表中没有环。
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提示：

链表中节点的数目范围是 [0, 104]
-105 <= Node.val <= 105
pos 为 -1 或者链表中的一个 有效索引 。

2、思路

(链表，指针扫描) O(n)

用两个指针从头开始扫描，第一个指针每次走一步，第二个指针每次走两步。如果走到 null，说明不存在环；否则如果两个指针相遇，则说明存在环。

为什么呢？

假设链表存在环，则当第一个指针走到环入口时，第二个指针已经走到环上的某个位置，距离环入口还差 x 步。由于第二个指针每次比第一个指针多走一步，所以第一个指针再走 x步，两个指针就相遇了。

如下图所示：

第二个指针还差2步就可以到达环入口，但是第二个指针每次比第一个指针多走1步，因此第一个指针再走2步，两个指针就会相遇。

时间复杂度分析：

第一个指针在环上走不到一圈，所以第一个指针走的总步数小于链表总长度。而第二个指针走的路程是第一个指针的两倍，所以总时间复杂度是O(n)。

3、c++代码

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    bool hasCycle(ListNode *head) {
        if(!head || !head->next) return false;
        auto first = head, second = head;
        while(second){
            first = first->next, second = second->next;
            if(!second) return false;
            second = second->next;
            if(second == first) return true;
        }
        return false;
    }
};
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4、Java代码

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public boolean hasCycle(ListNode head) {
        if(head == null || head.next == null) return false;
        ListNode fast = head.next;
        ListNode slow = head;

        while(fast != null)
        {   
            if(fast == slow) return true;
            fast = fast.next;
            if(fast != null) fast = fast.next;
            slow = slow.next;
        }

        return false;

    }
}
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