LeetCode 141：环形链表 Linked List Cycle

Posted 2022-04-18 zhangzhe532

给定一个链表，判断链表中是否有环。

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。

Given a linked list, determine if it has a cycle in it.

To represent a cycle in the given linked list, we use an integer pos which represents the position (0-indexed) in the linked list where tail connects to. If pos is -1, then there is no cycle in the linked list.

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。

进阶：

你能用 O(1)（即，常量）内存解决此问题吗？

Follow up:

Can you solve it using O(1) (i.e. constant) memory?

解题思路：

? 从头节点向后遍历整个链表只要遍历到节点为 null ，就证明不是环形，而如果遍历到一个节点的地址之前存在过就证明有环。

1、哈希表：

解决重复问题最容易想到的数据结构就是哈希表，哈希表添加节点时只要发现节点已经存在了，证明就有环形链表。并且哈希表查找和插入复杂度都为O(1)，但是空间复杂度会随着原链表长度而增大:O(n)，总的来说：

• 时间复杂度：O(n)，虽然哈希表的查找和添加操作的时间复杂度是 O(1) ，但是先需要遍历链表然后插入，遍历的复杂度是O(n)
• 空间复杂度：O(n)，最多需要保存链表的 n个节点

2、双指针：

这道题就如同小学跑步问题，假设有两个人（双指针）一个快一个慢，不停地向前跑，如果跑得快的那个最后到终点了（遇到空节点 null），就证明是直线跑道（没有环形链表）。

如果是存在环形跑道（环形链表）：两个人一起跑步（双指针）一个快一个慢，那么这两个人因为速度不同，在环形跑道里跑得快的那个人一定会追上慢的。即两个指针相遇了，证明存在环形链表。

空间复杂度为O(1)，即进阶要求的常量内存。

哈希表解题：

Java：

public class Solution 
    public boolean hasCycle(ListNode head) 
        if (head == null) return false;//如果是空链表直接返回
        Set<ListNode> nodeSet = new HashSet<>();//构造哈希表
        while (head.next != null) //链表下一个不为空
            if (nodeSet.contains(head)) return true;//哈希表包含该节点则存在环形链表
            nodeSet.add(head);//加入节点
            head = head.next;//下移一位
        
        return false;
    

Python：

class Solution(object):
    def hasCycle(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: bool
        """
        if head is None:
            return False
        hashSet=set()#构造集合
        while(head.next is not None):
            if head in hashSet:#是否已存在
                return True
            hashSet.add(head)
            head=head.next
        return False

双指针解题：

Java：

public class Solution 
    public boolean hasCycle(ListNode head) 
        if (head == null || head.next == null) 
            return false;
        
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head;
        while (fast != null && fast.next != null) //快指针及其下一位是否为空
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            if (slow == fast) //如果相遇，存在环形链表
                return true;
            
        
        return false;
    

Python：

class Solution(object):
    def hasCycle(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: bool
        """
        if head is None or head.next is None:
            return False
        slow, fast = head, head
        while fast is not None and fast.next is not None:
            slow, fast = slow.next, fast.next.next
            if slow == fast:
                return True
        return False

扩展：

python 中is 与 == 区别 ：

is 用于判断两个变量引用对象（即内存地址）是否为同一个， == 用于判断引用变量的值是否相等。

而Python出于对性能的考虑，不可变对象、同一代码块中的对象、值相同的对象，都不会重复创建，而是直接引用已经存在的对象。

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