图解LeetCode——141. 环形链表

news2024/10/5 16:32:51

一、题目

给你一个链表的头节点 head ，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，评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。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 。

二、示例

2.1> 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。

2.2> 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。

2.3> 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, 10^4]
-10^5 <= Node.val <= 10^5
pos 为 -1 或者链表中的一个 有效索引 。

进阶：

你能用 O(1)（即，常量）内存解决此问题吗？

三、解题思路

3.1> 思路1：采用Set保存已遍历过的元素

根据题目描述，我们需要判断某一个链表是否是环形链表，那么环形链表的判断标准就是：在遍历链表的过程中，再次遇到了相同的节点。那么，最容易想到的解题方式就是，我们创建一个Set集合，然后从head头开始遍历链表，在遍历及对比过程中我们需要进行如下判断逻辑：

【逻辑1】当发现Set集合中没有当前遍历到的节点时，就将该节点ListNode放入到Set集合中
【逻辑2】当我们遍历到某个元素的时候，发现该元素已经在Set集合中存在了，那么就说明这个链表是环形链表
【逻辑3】当我们遍历链表时，发现某个节点的next指针等于null时，则表示该链表已经遍历完毕了。那么必然就不是环形链表了

以上就是解题思路，在下图中，我们以一个环形链表的例子，看一下具体的判断流程。请见下图所示：

3.2> 思路2：快慢指针

在思路1中，我们以创建了额外的Set集合去存储遍历节点的路径，那么，我们能用 O(1)（即，常量）内存解决此问题吗？这里面我们可以采用快慢指针的方式进行判断。即：

【慢指针】每次移动1步；
【快指针】每次移动2步；

在环形链表中，由于快指针比慢指针移动速度更快，所以肯定会在后面进行交汇，即：当slow指针指向的节点等于fast指针指向的节点时，就表示交汇了。那么我们直接返回true即可。

当然，这里面需要注意一点，由于fast的移动是通过调用节点的两次next变量，所以要注意非空的判断。以防调用了null.next造成异常抛出。

四、代码实现

4.1> 实现1：采用Set保存已遍历过的元素

public class Solution {
    public boolean hasCycle(ListNode head) {
        Set<ListNode> set = new HashSet();
        while (head != null) {
            if (!set.contains(head)) set.add(head);
            else return true;
            head = head.next;
        }
        return false;
    }
}

4.2> 实现2：快慢指针

public class Solution {
    public boolean hasCycle(ListNode head) {
        ListNode slow = head, fast = (head == null) ? null : head.next;
        while (fast != null) {
            if (slow == fast) return true;
            slow = slow.next;
            fast = (fast.next == null) ? null : fast.next.next;
        }
        return false;
    }
}