leetcode笔记总结——(16)环形链表(python编写)

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1、题目描述:

leetcode笔记总结——(16)环形链表(python编写)

leetcode笔记总结——(16)环形链表(python编写)

2、实现思路:

2.1 方法一思路:

一个非常直观的思路是:我们遍历链表中的每个节点,并将它记录下来;一旦遇到了此前遍历过的节点,就可以判定链表中存在环。借助哈希表可以很方便地实现。(代码在下面)。

2.1 方法二思路:

快慢指针:

第一步:判断链表是否有环

可以使用快慢指针法, 分别定义 fast 和 slow指针,从头结点出发,fast指针每次移动两个节点,slow指针每次移动一个节点,如果 fast 和 slow指针在途中相遇 ,说明这个链表有环。

为什么fast 走两个节点,slow走一个节点,有环的话,一定会在环内相遇呢,而不是永远的错开呢

首先第一点: fast指针一定先进入环中,如果fast 指针和slow指针相遇的话,一定是在环中相遇,这是毋庸置疑的。

那么来看一下,为什么fast指针和slow指针一定会相遇呢?

可以画一个环,然后让 fast指针在任意一个节点开始追赶slow指针。

会发现最终都是这种情况, 如下图:
leetcode笔记总结——(16)环形链表(python编写)
fast和slow各自再走一步, fast和slow就相遇了

这是因为fast是走两步,slow是走一步,其实相对于slow来说,fast是一个节点一个节点的靠近slow的,所以fast一定可以和slow重合。

动画如下:

leetcode笔记总结——(16)环形链表(python编写)

第二步:如果有环,如何找到这个环的入口

此时已经可以判断链表是否有环了,那么接下来要找这个环的入口了。

假设从头结点到环形入口节点 的节点数为x。 环形入口节点到 fast指针与slow指针相遇节点 节点数为y。 从相遇节点 再到环形入口节点节点数为 z。 如图所示:
leetcode笔记总结——(16)环形链表(python编写)
那么相遇时: slow指针走过的节点数为: x + y, fast指针走过的节点数:x + y + n (y + z),n为fast指针在环内走了n圈才遇到slow指针, (y+z)为 一圈内节点的个数A。

因为fast指针是一步走两个节点,slow指针一步走一个节点, 所以 fast指针走过的节点数 = slow指针走过的节点数 * 2
( x + y ) ∗ 2 = x + y + n ( y + z ) (x + y) * 2 = x + y + n (y + z) (x+y)∗2=x+y+n(y+z)
两边消掉一个 ( x + y ) : x + y = n ( y + z ) (x+y): x + y = n (y + z) (x+y):x+y=n(y+z)

因为要找环形的入口,那么要求的是x,因为x表示 头结点到 环形入口节点的的距离。

所以要求x ,将x单独放在左面: x = n ( y + z ) − y x = n (y + z) - y x=n(y+z)−y ,

再从 n ( y + z ) n(y+z) n(y+z)中提出一个 ( y + z ) (y+z) (y+z)来,整理公式之后为如下公式: x = ( n − 1 ) ( y + z ) + z x = (n - 1) (y + z) + z x=(n−1)(y+z)+z注意这里n一定是大于等于1的,因为 fast指针至少要多走一圈才能相遇slow指针。

这个公式说明什么呢?

先拿n为1的情况来举例,意味着fast指针在环形里转了一圈之后,就遇到了 slow指针了。

当 n为1的时候,公式就化解为 x = z

这就意味着,从头结点出发一个指针,从相遇节点 也出发一个指针,这两个指针每次只走一个节点, 那么当这两个指针相遇的时候就是 环形入口的节点。

也就是:在相遇节点处,定义一个指针index1,在头结点处定一个指针index2。
让index1和index2同时移动,每次移动一个节点, 那么他们相遇的地方就是 环形入口的节点。

动画如下:

leetcode笔记总结——(16)环形链表(python编写)

那么 n如果大于1是什么情况呢,就是fast指针在环形转n圈之后才遇到 slow指针。

其实这种情况和n为1的时候 效果是一样的,一样可以通过这个方法找到 环形的入口节点,只不过,index1 指针在环里 多转了(n-1)圈,然后再遇到index2,相遇点依然是环形的入口节点。

代码见下文。。。

3、代码描述(python):

3.1 方法一的代码:

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, x):
#         self.val = x
#         self.next = None

class Solution:
    def detectCycle(self, head: ListNode) -> ListNode:
        hash_table = {} # 存储遍历过的节点
        cur = head # 遍历的指针
        while cur != None:
            if cur not in hash_table: # 如果当前节点不在哈希表中,则加入
                hash_table[cur]  = 1
                cur = cur.next
            else: # 已存在,则直接返回当前节点
                return cur
        return None # 遍历完了,说明没有环

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3.1 方法二的代码:

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#     def __init__(self, x):
#         self.val = x
#         self.next = None

class Solution:
    def detectCycle(self, head: ListNode) -> ListNode:
        slow, fast = head, head # 快慢指针
        
        while fast and fast.next:
            # 慢指针走1步,快指针走2步
            slow = slow.next
            fast = fast.next.next
            if slow == fast: # 相遇,则用两个新指针走,再次相遇,则是入环第一个点
                index1 = head # 第一个新指针指向:链表的头
                index2 = fast # 第二个新指针指向:slow和fast的相遇节点
                while index1 != index2: # 不相等,则一直循环,总会相遇
                    index1 = index1.next
                    index2 = index2.next
                return index1
        return None # 循环完,说明没有环

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