门 | GATE CS 1997 | 问题2

这是 GATE CS 1997 中的第二个问题，以下为该问题的详细介绍及解答方法。

问题描述

一个链表中可能包含环，也可能不包含。给定这样一个链表，编写一个函数来判断它是否包含环。

具体而言，函数应接受链表头结点作为输入参数，如果链表不包含环则返回null，否则返回指向环的起始结点的指针。

解决方案

这个问题可以使用快慢指针算法解决。具体做法是，使用两个指针同时从链表头部出发，一个指针每次前进一个结点，另一个指针每次前进两个结点。如果链表中存在环，则两个指针最终会相遇。

然后，将其中一个指针重新置为头结点，另一个指针保持在相遇的结点位置，并让两个指针都每次前进一个结点。当它们再次相遇时，就是环的起始结点位置。

如果链表不包含环，则快慢指针最后会同时到达链表的末尾。

代码实现

以下为使用 Java 语言实现该问题的代码片段，其中 ListNode 表示链表结点。

public ListNode detectCycle(ListNode head) {
    if (head == null) {
        return null;
    }
    ListNode slow = head;
    ListNode fast = head.next;
    while (fast != null && fast.next != null) {
        if (slow == fast) {
            break;
        }
        slow = slow.next;
        fast = fast.next.next;
    }
    if (slow != fast) {
        return null;
    }
    slow = head;
    fast = fast.next;
    while (slow != fast) {
        slow = slow.next;
        fast = fast.next;
    }
    return slow;
}

以上代码中，首先对输入参数进行了 null 判断，然后使用快慢指针算法找到相遇位置，并最终返回环的起始结点位置。

总结

本题让我们学习了快慢指针算法的实现及其应用。在解决类似问题时，我们可以充分利用该算法的优点，提高算法效率并降低空间复杂度。