题目描述

给定一个链表的头节点 head ，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 null。

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）。如果 pos 是 -1，则在该链表中没有环。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。

不允许修改 链表。

示例1

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：返回索引为 1 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

题目分析

快慢指针，分别每次走2步和1步，第一次相遇时停止。
两个指针之所以会相遇，是因为快指针比慢指针多走了一个环的周长。
由于快指针走的长度是慢指针2倍，所以慢指针走的长度等于环的周长。
如图所示，假设紫色点为快慢指针相遇点：
– 慢指针的步数：a + b
– 快指针的步数：2 * (a + b)
– 快指针多走了一个环的周长： b + c

综合可得 a + b = b + c，即 a = c

此时让快指针从头开始走，每次1步，与慢指针再次相遇时，即为环的起始点。
空间复杂度 O(1)

Java

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

Kotlin

fun detectCycle(head: ListNode?): ListNode? {
    var slow = head
    var fast = head
    do {
        slow = slow?.next
        fast = fast?.next?.next
    } while (fast?.next != null && slow != fast)
    if (fast == null || slow != fast) {
        return null
    }
    fast = head
    while (fast != slow) {
        slow = slow?.next
        fast = fast?.next
    }
    return fast
}