LeetCode 142：环形链表 II Linked List Cycle II

给定一个链表，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 null。

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。

**说明：**不允许修改给定的链表。

Given a linked list, return the node where the cycle begins. If there is no cycle, return null.

To represent a cycle in the given linked list, we use an integer pos which represents the position (0-indexed) in the linked list where tail connects to. If pos is -1, then there is no cycle in the linked list.

Note: Do not modify the linked list.

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：tail connects to node index 1
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：tail connects to node index 0
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：no cycle
解释：链表中没有环。

进阶： 你是否可以不用额外空间解决此题？

Follow-up: Can you solve it without using extra space?

解题思路：

和上一道题比只多了一步判断入环节点在哪。两种方法：

哈希表：

哈希表添加节点时只要发现节点已经存在了，证明就有环形链表。并且已存在的节点即为入环节点

双指针：

画了个图帮助理解：

一快一慢双指针开始从头结点遍历链表，快节点速度为2，慢节点速度为1：

相遇时：

慢节点走了：a+b

由于快指针速度是慢指针的2倍，快节点走了：2(a+b)

快慢节点相遇时快节点比慢节点刚好多走了一圈环形节点。快节点走了：(a+b)+(b+c)

列方程：2(a+b)=(a+b)+(b+c)

解得 a=c

也就是说：相遇节点到入环节点的长度和头节点到入环节点的长度相等

可以得出结论，如果此时让慢节点或快节点中的一个指向头节点，另一个留在相遇节点，然后速度都为1，继续遍历链表，双指针再次相遇时的节点刚好是入环节点。

注：为了理解方便，把长度 b 定为上半部分长度，实际上 b 应该为快慢节点相遇时慢节点绕过环形链表的总长度

哈希表解题：

Java：

public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        if (head == null) return null;//如果是空链表直接返回
        Set<ListNode> nodeSet = new HashSet<>();//构造哈希表
        while (head.next != null) {//链表下一个不为空
            if (nodeSet.contains(head)) return head;//哈希表包含该节点则存在环形链表
            nodeSet.add(head);//加入节点
            head = head.next;//下移一位
        }
        return null;
    }
}

Python：

class Solution(object):
    def detectCycle(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: ListNode
        """
        if head is None:
            return None
        hashSet=set()#构造集合
        while(head.next is not None):
            if head in hashSet:#是否已存在
                return head
            hashSet.add(head)
            head=head.next
        return None

双指针解题：

Java：

public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return null;
        }
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head;
        while (fast != null && fast.next != null) {//快指针及其下一位是否为null
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            if (slow == fast) {//如果相同，存在环形链表
                slow = head;//指向头节点
                while (slow != fast) {//继续遍历，再次相遇时的节点即为入环节点
                    slow = slow.next;
                    fast = fast.next;
                }
                return slow;
            }
        }
        return null;
    }
}

Python：

class Solution(object):
    def detectCycle(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: ListNode
        """
        if head is None or head.next is None:
            return None
        slow, fast = head, head
        while fast is not None and fast.next is not None:
            slow, fast = slow.next, fast.next.next
            if slow == fast:
                slow = head
                while slow != fast:
                    slow = slow.next
                    fast = fast.next
                return slow
        return None

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