环形链表

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题目描述

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。

题解

比较简单的方法是遍历整个链表，将每个元素都加入到 HashSet 中，根据 HashSet 的没有重复元素的特性，当遇到重复的元素，说明遍历这个链表访问了重复的元素，即链表中有环。HashSet 是使用 HashMap 实现的，关于实现细节可以直接看源码。

浅谈 HashMap | 笑话人生

public boolean hasCycle(ListNode head) {
    HashSet<ListNode> visit = new HashSet<ListNode>();
    while (head != null) {
        if (!visit.add(head)) {
            return true;
        }
        head = head.next;
    }
    return false;
}

class ListNode {
   int val;
   ListNode next;
   ListNode(int x) {
       val = x;
       next = null;
 }
}

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。

快慢指针

我们定义两个指针，一快一慢。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。

public boolean hasCycle(ListNode head) {
    if (head == null || head.next == null) {
        return false;
    }
    ListNode slow = head;
    ListNode fast = head.next;
    while (slow != fast) {
        if (fast == null || fast.next == null) {
            return false;
        }
        slow = slow.next;
        fast = fast.next.next;
    }
    return true;
}

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。

来源

环形链表 | 力扣（LeetCode）
环形链表 | 题解（LeetCode）

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