环形链表：LeetCode 入门算法解析

前端

2024-02-11 16:37:32

引言

算法是计算机科学的核心，而 LeetCode 是算法学习的宝贵平台。它提供了一系列精心设计的题目，帮助我们磨炼算法思维，提高编程能力。「环形链表」就是其中一道入门级的经典题目，旨在考察我们对链表结构和循环检测的理解。

链表基础

链表是一种线性数据结构，由一个个结点组成，每个结点包含一个数据值和指向下一个结点的指针。链表具有插入、删除和查找操作的灵活性，在实际应用中广泛存在。

环形链表

环形链表是一种特殊的链表，其中最后一个结点的指针指向链表中的某个结点，形成一个闭环结构。这种结构会带来一些特殊的问题，例如无法遍历整个链表或无法使用传统方法删除结点。

快慢指针法

快慢指针法是一种巧妙的算法，用于判断链表中是否存在环形结构。其核心思想是使用两个指针，一个「慢」指针每次前进一步，而另一个「快」指针每次前进两步。

如果存在环形结构，那么快指针最终会追上慢指针，这意味着链表中存在环。否则，快指针将遍历完整个链表，而慢指针仍未追上它，此时即可判断链表中不存在环。

def has_cycle(head):
    slow = head
    fast = head
    while slow and fast:
        slow = slow.next
        fast = fast.next.next
        if slow == fast:
            return True
    return False

Floyd 判环法

Floyd 判环法是另一种判断环形链表的算法，其原理与快慢指针法类似，但更加简洁高效。

Floyd 判环法使用一个「相遇指针」，从链表头结点出发，每次前进一步。同时，使用一个「起点指针」，始终保持在链表头结点。如果链表中存在环，那么相遇指针最终会追上起点指针，此时即可判断链表中存在环。

def has_cycle(head):
    if not head or not head.next:
        return False
    slow = head
    fast = head
    while fast and fast.next:
        slow = slow.next
        fast = fast.next.next
        if slow == fast:
            return True
    return False

哈希表法

哈希表法是一种空间换时间的方法，用于判断环形链表。其核心思想是使用哈希表存储已遍历过的结点。

如果在遍历过程中遇到一个已经存在于哈希表中的结点，那么就说明链表中存在环。否则，哈希表会不断记录新的结点，直到遍历完整个链表。

def has_cycle(head):
    visited = set()
    current = head
    while current:
        if current in visited:
            return True
        visited.add(current)
        current = current.next
    return False

应用与总结

环形链表的判断算法在各种实际场景中都有广泛应用，例如：