如何通过C++求出链表中环的入口结点

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：

可以看到环的入口结点的结点值为3，所以返回结点值为3的结点。

 

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：

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

 

解题思路：

本题考察数据结构链表的使用，有两种解法。

1. 哈希Set。用容器哈希Set遍历存储指针，当某次存储发现容器中已有该指针，说明此时已经到了环形链表入口。
2. 快慢双指针法。如下图所示，快指针以慢指针两倍的速度前进，当他们第一次相遇时，慢指针走了X+Y，快指针走了2*(X+Y)，其中AB为X，BC为Y，那CB顺指针的距离就是2*(X+Y)-X-2*Y=X，此时将快指针放到头节点A处，让它们以相同速度前进，到B时正好相遇，也就是入口结点。

 

测试代码：

解法一：哈希Set

/*
struct ListNode {
  int val;
  struct ListNode *next;
  ListNode(int x) :
      val(x), next(NULL) {
  }
};
*/
class Solution {
public:
  ListNode* EntryNodeOfLoop(ListNode* pHead) {
      unordered_set<ListNode*> S;
      while(pHead)
      {
          if(S.find(pHead)= = S.end())
          {
              S.insert(pHead);
              pHead = pHead->next;
          }
          else{
              return pHead;
          }
      }
      return nullptr;
  }
};

解法二：快慢双指针 

/*
struct ListNode {
  int val;
  struct ListNode *next;
  ListNode(int x) :
      val(x), next(NULL) {
  }
};
*/
class Solution {
public:
  ListNode* EntryNodeOfLoop(ListNode* pHead) {
      // 空指针返回
      if(pHead == nullptr) 
          return nullptr;
      
      // 定义双指针
      ListNode* slow = pHead;
      ListNode* fast = pHead;
      
      // 当能形成闭路时，while才会无限循环直到break
      while(fast != nullptr && fast->next != nullptr)
      {
          // 快指针以两倍速度前进
          fast = fast->next->next;
          slow = slow->next;
          if(slow == fast)
              break;
      }
      
      // 若指向空指针，说明没有形成闭路
      if(fast == nullptr || fast->next == nullptr)
          return nullptr;
      
      // 将快指针指向头
      fast = pHead;
      
      // 当他俩相遇时，就是环形链表入口处
      while(fast != slow)
      {
          fast = fast->next;
          slow = slow->next;
      }
      
      return fast;
  }
};

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