Question

141. 环形链表

English Version

题目描述

给你一个链表的头节点 head ，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，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）。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 。

 

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。

 

提示：

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

 

进阶：你能用 O(1)（即，常量）内存解决此问题吗？

解法

方法一：哈希表

遍历链表，并使用哈希表记录每个节点。当某个节点二次出现时，则表示存在环，直接返回 true。否则链表遍历结束，返回 false。

时间复杂度 $O(n)$，空间复杂度 $O(n)$。其中 $n$ 是链表中的节点数。

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
#   def __init__(self, x):
#     self.val = x
#     self.next = None


class Solution:
  def hasCycle(self, head: ListNode) -> bool:
    slow = fast = head
    while fast and fast.next:
      slow, fast = slow.next, fast.next.next
      if slow == fast:
        return True
    return False

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *   int val;
 *   ListNode next;
 *   ListNode(int x) {
 *     val = x;
 *     next = null;
 *   }
 * }
 */
public class Solution {
  public boolean hasCycle(ListNode head) {
    ListNode slow = head;
    ListNode fast = head;
    while (fast != null && fast.next != null) {
      slow = slow.next;
      fast = fast.next.next;
      if (slow == fast) {
        return true;
      }
    }
    return false;
  }
}

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *   int val;
 *   ListNode *next;
 *   ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
  bool hasCycle(ListNode* head) {
    ListNode* slow = head;
    ListNode* fast = head;
    while (fast && fast->next) {
      slow = slow->next;
      fast = fast->next->next;
      if (slow == fast) {
        return true;
      }
    }
    return false;
  }
};

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * type ListNode struct {
 *   Val int
 *   Next *ListNode
 * }
 */
func hasCycle(head *ListNode) bool {
  slow, fast := head, head
  for fast != nil && fast.Next != nil {
    slow, fast = slow.Next, fast.Next.Next
    if slow == fast {
      return true
    }
  }
  return false
}

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *   val: number
 *   next: ListNode | null
 *   constructor(val?: number, next?: ListNode | null) {
 *     this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *     this.next = (next===undefined ? null : next)
 *   }
 * }
 */

function hasCycle(head: ListNode | null): boolean {
  const set = new Set<ListNode>();
  let node = head;
  while (node !== null) {
    if (set.has(node)) {
      return true;
    }
    set.add(node);
    node = node.next;
  }
  return false;
}

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * function ListNode(val) {
 *   this.val = val;
 *   this.next = null;
 * }
 */

/**
 * @param {ListNode} head
 * @return {boolean}
 */
var hasCycle = function (head) {
  let slow = head;
  let fast = head;
  while (fast && fast.next) {
    slow = slow.next;
    fast = fast.next.next;
    if (slow === fast) {
      return true;
    }
  }
  return false;
};

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *   public int val;
 *   public ListNode next;
 *   public ListNode(int x) {
 *     val = x;
 *     next = null;
 *   }
 * }
 */
public class Solution {
  public bool HasCycle(ListNode head) {
    var fast = head;
    var slow = head;
    while (fast != null && fast.next != null) {
      fast = fast.next.next;
      slow = slow.next;
      if (fast == slow) {
        return true;
      }
    }
    return false;
  }
}

方法二：快慢指针

我们定义快慢指针 $fast$ 和 $slow$，初始时均指向 $head$。

快指针每次走两步，慢指针每次走一步，不断循环。当快慢指针相遇时，说明链表存在环。如果循环结束依然没有相遇，说明链表不存在环。

时间复杂度 $O(n)$，其中 $n$ 是链表中的节点数。空间复杂度 $O(1)$。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *   val: number
 *   next: ListNode | null
 *   constructor(val?: number, next?: ListNode | null) {
 *     this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *     this.next = (next===undefined ? null : next)
 *   }
 * }
 */

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