141. 环形链表

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？

方法一：哈希表

我们可以遍历链表，用一个哈希表 $s$ 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。

Java

public class Solution {
    public boolean hasCycle(ListNode head) {
        Set<ListNode> s = new HashSet<>();
        for (; head != null; head = head.next) {
            if (!s.add(head)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    bool hasCycle(ListNode* head) {
        unordered_set<ListNode*> s;
        for (; head; head = head->next) {
            if (s.contains(head)) {
                return true;
            }
            s.insert(head);
        }
        return false;
    }
};

TypeScript

function hasCycle(head: ListNode | null): boolean {
    const s: Set<ListNode> = new Set();
    for (; head; head = head.next) {
        if (s.has(head)) {
            return true;
        }
        s.add(head);
    }
    return false;
}

Python

class Solution:
    def hasCycle(self, head: Optional[ListNode]) -> bool:
        s = set()
        while head:
            if head in s:
                return True
            s.add(head)
            head = head.next
        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 $O(1)$。

Java

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;
    }
}

C++

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;
    }
};

TypeScript

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;
}

Python

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