news 2026/4/18 11:32:01

day135—快慢指针—环形链表Ⅱ(LeetCode-142)

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
day135—快慢指针—环形链表Ⅱ(LeetCode-142)

题目描述

给定一个链表的头节点head,返回链表开始入环的第一个节点。如果链表无环,则返回null

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)。如果pos-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。

不允许修改链表。

示例 1:

输入:head = [3,2,0,-4], pos = 1输出:返回索引为 1 的链表节点解释: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:返回索引为 0 的链表节点解释: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:返回 null解释:链表中没有环。

提示:

  • 链表中节点的数目范围在范围[0, 104]
  • -105 <= Node.val <= 105
  • pos的值为-1或者链表中的一个有效索引

解决方案:

这段代码的核心功能是在单链表中找到环形结构的入口节点(若链表无环则返回nullptr),是判断链表环的进阶问题,依然采用「快慢指针」解法,结合数学推导定位环入口,时间复杂度O(n)、空间复杂度O(1),是该问题的最优解法。

核心逻辑

代码分两步完成:先通过快慢指针判断是否有环并找到相遇点,再利用数学规律定位环入口:

  1. 第一步:找快慢指针相遇点
    • 慢指针slow、快指针fast均从表头出发,慢指针每次走 1 步,快指针每次走 2 步;
    • 若链表有环,快慢指针必会在环内相遇;若快指针走到末尾(fastfast->next为空),说明无环,直接返回nullptr
  2. 第二步:定位环入口
    • 相遇后,将快指针fast重置到链表头节点,且快指针改为和慢指针同速(每次走 1 步);
    • 快慢指针继续同步移动,当二者再次相遇时,相遇节点就是环的入口节点,返回该节点即可。

总结

  1. 核心思路:利用「快慢指针相遇」证明有环,再通过「同速指针从头和相遇点出发必在环入口相遇」的数学规律定位入口;
  2. 关键规律:设表头到环入口距离为a,环入口到相遇点距离为b,环长为c,则相遇时快指针走的距离a + n(b+c) + b是慢指针a + b的 2 倍,推导得a = (n-1)c + (c - b),即表头到入口的距离等于相遇点绕环到入口的距离;
  3. 效率优势:全程仅用两个指针,无额外空间开销,时间复杂度O(n),是找环入口的最优解法。

函数源码:

/** * Definition for singly-linked list. * struct ListNode { * int val; * ListNode *next; * ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {} * }; */ class Solution { public: ListNode *detectCycle(ListNode *head) { ListNode* slow=head; ListNode* fast=head; while(fast && fast->next){ slow=slow->next; fast=fast->next->next; if(fast==slow){ fast=head;//重置位置和速度 while(slow!=fast){ fast=fast->next; slow=slow->next; } return slow; } } return nullptr; } };
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