（LeetCode 141/142）Linked List Cycle

1、Given a linked list, determine if it has a cycle in it.

2、Given a linked list, return the node where the cycle begins. If there is no cycle, return null.

3、Given a linked list, return the length of the cycle, if there is no cycle, return 0;

题目要求：

1、给一个链表，判断它是否存在环；

2、给一个链表，如果它存在环，请返回环的起点，否则，返回NULL；

3、给一个链表，如果它存在环，请返回环的长度，否则，返回0；

解题思路：

1、判断是否存在环？

方法1：增加一个set容器，遍历链表，将各个结点依次加入Set集合中，如果该节点已存在集合中，说明存在环；如果遍历结束后，发现没有重复的结点，则说明没有环。

方法2：无需额外空间，设置两个指针p1,p2，从头结点开始，一个走一步，p1=p1->next;，一个走两步，p2=p2->next->next，如果存在环，那么两个指针肯定会相遇；如果走得快的指针p2到达了终点，说明没有环。

2、如何求环的起点和环的长度呢？

设链表起点距离环的起点距离为a，圈长为n，当p1和p2相遇时，相遇点距离环起点距离为b，此时b已绕环走了k圈，则

p1走的距离为a+b；

p2速度为p1的两倍，p2走的距离为2*(a+b);

p2走的距离为a+b+k*n=2*(a+b)，从而a+b=k*n

即当p1走a步，p2走(k*n-b)步，当k=1时，则为(n-b)步；

因此如何求环的起点？把p1拉回起点重新出发，p2从相遇点继续走，p1，p2每次均走一步，a步后，p1到达起点，p2也刚好到圈的起点。

如何求环的长度？相遇后，p2再走一圈并统计长度就是圈长。

参考代码：

1、判断是否存在环？

/**
 * 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) {
       set<ListNode*> psets;
       for(ListNode *p=head;p!=NULL;p=p->next){
           if(psets.find(p)!=psets.end())
                return true;
           psets.insert(p);
       }
       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) {
//        if(head==NULL || head->next==NULL)
//            return false;
        ListNode *p1=head;
        ListNode *p2=head;
        while(p2 && p2->next){
            p1=p1->next;
            p2=p2->next->next;
            if(p1==p2)
                return true;
        }
        return false;
    }
};

2、求环的起点

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        ListNode *p1,*p2;
        p1=head;
        p2=head;
        while(p2 && p2->next){
            p1=p1->next;
            p2=p2->next->next;
            if(p1==p2){
                // p1 points back to head,p2 still stand where they have met
                // p1,p2 take the same steps
                // when they meet again, that's where the cycle starts
                p1=head;
                while(p1!=p2){
                    p1=p1->next;
                    p2=p2->next;
                }
                return p1;
            }
        }
        return NULL;
    }
};

3、求环的长度

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        ListNode *p1,*p2;
        p1=head;
        p2=head;
        while(p2 && p2->next){
            p1=p1->next;
            p2=p2->next->next;
            if(p1==p2){
                // if p2 cycles around,then the length of cycle can be counted
                ListNode *p=p2->next;
                int length=1;
                while(p!=p2){
                    length++;
                    p2=p2->next;
                }
                return length;
            }
        }
        return 0;
    }
};