142. 环形链表 II(C语言实现)

题目:

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。

示例 1:
142. 环形链表 II(C语言实现)_第1张图片
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:
142. 环形链表 II(C语言实现)_第2张图片
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:
在这里插入图片描述
输入:head = [1], pos = -1
输出:no cycle
解释:链表中没有环。

思路:

本题需要进行数学证明得到公式(后面会解释公式),在141题的基础上做会更好理解(141题解释链接点这里),如果判断已经是循环链表,只需要将slow指针和head指针同时走,当两个指针指向同一结点时,这个结点就是环的入口结点。

数学公式解释

设slow指向走了k个结点,那么fast指针就走了2k个结点(因为fast每次走两结点,slow每次走一个结点)
设链表开始到链表入口处结点数为L
设环的大小为c
设slow指针最后的位置相对于链表入口结点的位置差为x
有些博客中写到fast指针比slow指针多走了一圈环,这是不严谨的
例如142. 环形链表 II(C语言实现)_第3张图片这样的带环链表,若L比较长,且c比较小,那么当slow指针进环前,fast指针就可能会比slow指针多走n圈。
所以对于slow指针k=L+x,对于fast指针2k=L+x+nc;
两式联立能得到nc-x=L;

若slow指针再走nc-x的结点个数,那么它一定指向环的入口结点。

并且slow的指针走的结点个数恰好和L相等,所以当head指针从头开始遍历,slow指针同时遍历,当他们指向同一结点时,这个节点便是环的入口。

代码:

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
typedef struct ListNode ListNode;
ListNode* hasCycle(struct ListNode *head) //判断是否有环的函数
{
    ListNode* slow=head;
    ListNode* fast=head;
    while(fast && fast->next)
    {
        slow=slow->next;
        fast=fast->next->next;
        if(slow==fast)
            return slow;//有环返回slow
    }
    return NULL;//无环返回空
}
struct ListNode *detectCycle(struct ListNode *head) 
{
    ListNode* cur=head;
    ListNode* meet=hasCycle(head);
    if(meet==NULL)
        return NULL;//无环
    else
    {
        while(cur!=meet)
        {
            cur=cur->next;
            meet=meet->next;
        }
        return cur;
    }
}

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