Java JZ23 链表中环的入口结点

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  使用hash法和快慢指针法解决剑指offer 第JZ23 链表中环的入口结点的问题。

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一、题目描述

  给一个长度为n链表，若其中包含环，请找出该链表的环的入口结点，否则，返回null。

  数据范围： n≤10000，1<=结点值<=10000
  要求：空间复杂度 O(1)，时间复杂度 O(n)

  例如，输入{1,2},{3,4,5}时，对应的环形链表如下图所示：

  输入描述：
  输入分为2段，第一段是入环前的链表部分，第二段是链表环的部分，后台会根据第二段是否为空将这两段组装成一个无环或者有环单链表。
  返回值描述：
  返回链表的环的入口结点即可，我们后台程序会打印这个结点对应的结点值；若没有，则返回对应编程语言的空结点即可。
  示例1

输入：{1,2},{3,4,5}
返回值：3

  说明：返回环形链表入口结点，我们后台程序会打印该环形链表入口结点对应的结点值，即3 。

  示例2

输入：{1},{}
返回值："null"

  说明：没有环，返回对应编程语言的空结点，后台程序会打印"null" 。

  示例3

输入：{},{2}
返回值：2

  说明：环的部分只有一个结点，所以返回该环形链表入口结点，后台程序打印该结点对应的结点值，即2 。

二、hash法，记录第一次重复的结点

  通过使用set或者map来存储已经遍历过的结点，当第一次出现重复的结点时，即为入口结点。

public ListNode EntryNodeOfLoop(ListNode pHead) {
        // 使用set来记录出现的结点
        HashSet<ListNode> set = new HashSet<>();
        while(pHead != null){
           // 当set中包含结点，说明第一次出现重复的结点，即环的入口结点
            if(set.contains(pHead)){
                return pHead;
            }
            // set中加入未重复的结点
            set.add(pHead);
            pHead = pHead.next;
        }
        return null;
    }

  contains函数
  contains() 函数是 HashSet 类中的一个方法，用于检查 HashSet 中是否包含指定的元素。它的语法如下：

public boolean contains(Object o)

  其中，o 是要检查的元素。如果 HashSet 包含指定的元素，则返回 true，否则返回 false。

三、快慢指针法

  我们知道，用快慢指针可以很容易判断一条链表是否存在环，快指针fast每次走两步，慢指针slow每次走一步，那么若进入环中，每次他们之间的相对距离都会 -1，直到两者相遇。
  假设从头节点到环的入口节点的前一个节点一共有a个，环中的节点有b 个，设fast指针走过的节点数是f，slow指针走过的节点数是s ，那么有以下两个结论：
 ● f = 2 * s （即快指针走过的节点数一定是慢指针的两倍）
 ● f = s + nb （当两者相遇时，快指针已经比慢指针多绕环走了n圈）
  由上面两个等式可以得出，f = 2nb，s = nb
  故可知，两指针相遇时，慢指针已经走了nb步，已知我们要走到入口节点，需要走a + kb步，而这时s = nb只要再走a即可到达入口，我们把快指针移动到头节点，然后两个指针一步一步往后走，当它们相遇时所处的位置就是入口节点。

public ListNode EntryNodeOfLoop(ListNode pHead) {
        if(pHead == null) return null;
        // 定义快慢指针
        ListNode slow = pHead;
        ListNode fast = pHead;
        while(fast != null && fast.next != null){
            // 快指针是满指针的两倍速度
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
            // 记录快慢指针第一次相遇的结点
            if(slow == fast) break;
        }
        // 若是快指针指向null，则不存在环
        if(fast == null || fast.next == null) return null;
        // 重新指向链表头部
        fast = pHead;
        // 与第一次相遇的结点相同速度出发，相遇结点为入口结点
        while(fast != slow){
            fast = fast.next;
            slow = slow.next;
        }
        return fast;
    }