LeetCode[141] 环形链表

“链表”: https://leetcode.com/tag/linked-list/ “双指针”: https://leetcode.com/tag/two-pointers/ Similar Questions: “环形链表 II”: https://leetcode.com/problems/linked-list-cycle-ii/ “快乐数”: https://leetcode.com/problems/happy-number/

Problem: Link to heading

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。

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。

示例 3：

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

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 。

Solution: Link to heading

方法一：哈希表

思路及算法

最容易想到的方法是遍历所有节点，每次遍历到一个节点时，判断该节点此前是否被访问过。

具体地，我们可以使用哈希表来存储所有已经访问过的节点。每次我们到达一个节点，如果该节点已经存在于哈希表中，则说明该链表是环形链表，否则就将该节点加入哈希表中。重复这一过程，直到我们遍历完整个链表即可。

复杂度分析

时间复杂度：O(n)，其中 n 是链表中的节点数。最坏情况下我们需要遍历每个节点一次。空间复杂度：O(n)，其中 n 是链表中的节点数。主要为哈希表的开销，最坏情况下我们需要将每个节点插入到哈希表中一次。方法二：快慢指针

思路及算法

本方法需要读者对「Floyd 判圈算法」（又称龟兔赛跑算法）有所了解。

假想「乌龟」和「兔子」在链表上移动，「兔子」跑得快，「乌龟」跑得慢。当「乌龟」和「兔子」从链表上的同一个节点开始移动时，如果该链表中没有环，那么「兔子」将一直处于「乌龟」的前方；如果该链表中有环，那么「兔子」会先于「乌龟」进入环，并且一直在环内移动。等到「乌龟」进入环时，由于「兔子」的速度快，它一定会在某个时刻与乌龟相遇，即套了「乌龟」若干圈。

我们可以根据上述思路来解决本题。具体地，我们定义两个指针，一快一满。慢指针每次只移动一步，而快指针每次移动两步。初始时，慢指针在位置 head，而快指针在位置 head.next。这样一来，如果在移动的过程中，快指针反过来追上慢指针，就说明该链表为环形链表。否则快指针将到达链表尾部，该链表不为环形链表。

细节

为什么我们要规定初始时慢指针在位置 head，快指针在位置 head.next，而不是两个指针都在位置 head（即与「乌龟」和「兔子」中的叙述相同）？

观察下面的代码，我们使用的是 while 循环，循环条件先于循环体。由于循环条件一定是判断快慢指针是否重合，如果我们将两个指针初始都置于 head，那么 while 循环就不会执行。因此，我们可以假想一个在 head 之前的虚拟节点，慢指针从虚拟节点移动一步到达 head，快指针从虚拟节点移动两步到达 head.next，这样我们就可以使用 while 循环了。当然，我们也可以使用 do-while 循环。此时，我们就可以把快慢指针的初始值都置为 head。复杂度分析

时间复杂度：O(N)，其中N 是链表中的节点数。当链表中不存在环时，快指针将先于慢指针到达链表尾部，链表中每个节点至多被访问两次。当链表中存在环时，每一轮移动后，快慢指针的距离将减小一。而初始距离为环的长度，因此至多移动 N 轮。空间复杂度：O(1)。我们只使用了两个指针的额外空间。

class Solution {
public:
    // 哈希表法
    // bool hasCycle(ListNode *head) {
    //     unordered_set<ListNode*> seen;
    //     while (head!=nullptr) {
    //         if(seen.count(head)){
    //             return true;
    //         }
    //         seen.insert(head);
    //         head = head->next;
    //     }
    //     return false;
    // }
    //快慢指针
    bool hasCycle(ListNode* head) {
        if(head == nullptr || head->next == nullptr){
            return false;
        }
        ListNode* slow = head;
        ListNode* fast = head->next;
        while(slow != fast){
            if(fast == nullptr || fast->next == nullptr){
                return false;
            }
            slow = slow->next;
            fast = fast->next->next;
        }
        return true;
    }
};

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