如何判斷單鏈表是否存在環
有一個單向鏈表，鏈表當中有可能出現“環”，就像題圖這樣。如何用程序判斷出這個鏈表是有環鏈表？
不允許修改鏈表結構。
時間復雜度O(n)，空間復雜度O(1)。
方法一、窮舉遍歷
方法一：首先從頭節點開始，依次遍歷單鏈表的每一個節點。每遍歷到一個新節點，就從頭節點重新遍歷新節點之前的所有節點，用新節點ID和此節點之前所有節點ID依次作比較。如果發現新節點之前的所有節點當中存在相同節點ID，則說明該節點被遍歷過兩次，鏈表有環；如果之前的所有節點當中不存在相同的節點，就繼續遍歷下一個新節點，繼續重復剛才的操作。
例如這樣的鏈表：A->B->C->D->B->C->D， 當遍歷到節點D的時候，我們需要比較的是之前的節點A、B、C，不存在相同節點。這時候要遍歷的下一個新節點是B，B之前的節點A、B、C、D中恰好也存在B，因此B出現了兩次，判斷出鏈表有環。
假設從鏈表頭節點到入環點的距離是D，鏈表的環長是S。那么算法的時間復雜度是0+1+2+3+…+(D+S-1) = (D+S-1)*(D+S)/2 ， 可以簡單地理解成 O(N*N)。而此算法沒有創建額外存儲空間，空間復雜度可以簡單地理解成為O(1)。
方法二、哈希表緩存
****首先創建一個以節點ID為鍵的HashSet集合，用來存儲曾經遍歷過的節點。然后同樣是從頭節點開始，依次遍歷單鏈表的每一個節點。每遍歷到一個新節點，就用新節點和HashSet集合當中存儲的節點作比較，如果發現HashSet當中存在相同節點ID，則說明鏈表有環，如果HashSet當中不存在相同的節點ID，就把這個新節點ID存入HashSet，之后進入下一節點，繼續重復剛才的操作。
這個方法在流程上和方法一類似，本質的區別是使用了HashSet作為額外的緩存。
假設從鏈表頭節點到入環點的距離是D，鏈表的環長是S。而每一次HashSet查找元素的時間復雜度是O(1), 所以總體的時間復雜度是1*(D+S)=D+S，可以簡單理解為O(N)。而算法的空間復雜度還是D+S-1，可以簡單地理解成O(N)。
方法三、快慢指針
首先創建兩個指針1和2（在java里就是兩個對象引用），同時指向這個鏈表的頭節點。然后開始一個大循環，在循環體中，讓指針1每次向下移動一個節點，讓指針2每次向下移動兩個節點，然后比較兩個指針指向的節點是否相同。如果相同，則判斷出鏈表有環，如果不同，則繼續下一次循環。
例如鏈表A->B->C->D->B->C->D，兩個指針最初都指向節點A，進入第一輪循環，指針1移動到了節點B，指針2移動到了C。第二輪循環，指針1移動到了節點C，指針2移動到了節點B。第三輪循環，指針1移動到了節點D，指針2移動到了節點D，此時兩指針指向同一節點，判斷出鏈表有環。
此方法也可以用一個更生動的例子來形容：在一個環形跑道上，兩個運動員在同一地點起跑，一個運動員速度快，一個運動員速度慢。當兩人跑了一段時間，速度快的運動員必然會從速度慢的運動員身后再次追上並超過，原因很簡單，因為跑道是環形的。
/**
* 判斷單鏈表是否存在環
* @param head
* @return
*/
public static <T> boolean isLoopList(ListNode<T> head){
ListNode<T> slowPointer, fastPointer;
//使用快慢指針，慢指針每次向前一步，快指針每次兩步
slowPointer = fastPointer = head;
while(fastPointer != null && fastPointer.next != null){
slowPointer = slowPointer.next;
fastPointer = fastPointer.next.next;
//兩指針相遇則有環
if(slowPointer == fastPointer){
return true;
}
}
return false;
}
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假設從鏈表頭節點到入環點的距離是D，鏈表的環長是S。那么循環會進行S次（為什么是S次，有心的同學可以自己揣摩下），可以簡單理解為O（N）。除了兩個指針以外，沒有使用任何額外存儲空間，所以空間復雜度是O（1）。
方法四、Set集合大小變化
評論中有 @長沙小辣椒 同學指出：還可以用 set 遍歷鏈表，把節點放入set里，每次訪問下個節點時，如果set長度不變，則跳出，說明有環。否則set長度+1，繼續遍歷。
該方法時間復雜度是O（N），空間復雜度上因為需要額外等數量的存儲空間，所以空間復雜度是O（n）。
如何找出有環鏈表的入環點？
根據這篇文章：鏈表中環形的入口，我們來分析一下入環口和我們上面這個快慢指針相遇點的關系。
當fast若與slow相遇時，slow肯定沒有走遍歷完鏈表(不是一整個環，有開頭部分，如上圖)或者恰好遍歷一圈(未做驗證，看我的表格例子，在1處相遇)。於是我們從鏈表頭、相遇點分別設一個指針，每次各走一步，兩個指針必定相遇，且相遇第一點為環入口點(慢指針走了n步，第一次相遇在c點，對慢指針來說n=s+p，也就是說如果慢指針從c點再走n步，又會到c點，那么順時針的CB距離是n-p=s，但是我們不知道s是幾，那么當快指針此時在A點一步一步走，當快慢指針相遇時，相遇點恰好是圓環七點B(AB=CB=s))。
/**
* 找到有環鏈表的入口
* @param head
* @return
*/
public static <T> ListNode<T> findEntranceInLoopList(ListNode<T> head){
ListNode<T> slowPointer, fastPointer;
//使用快慢指針，慢指針每次向前一步，快指針每次兩步
boolean isLoop = false;
slowPointer = fastPointer = head;
while(fastPointer != null && fastPointer.next != null){
slowPointer = slowPointer.next;
fastPointer = fastPointer.next.next;
//兩指針相遇則有環
if(slowPointer == fastPointer){
isLoop = true;
break;
}
}
//一個指針從鏈表頭開始，一個從相遇點開始，每次一步，再次相遇的點即是入口節點
if(isLoop){
slowPointer = head;
while(fastPointer != null && fastPointer.next != null){
//兩指針相遇的點即是入口節點
if(slowPointer == fastPointer){
return slowPointer;
}
slowPointer = slowPointer.next;
fastPointer = fastPointer.next;
}
}
return null;
}
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如何判斷兩個單鏈表是否相交，以及相交點
方法一、直接法
直接判斷第一個鏈表的每個結點是否在第二個鏈表中，時間復雜度為O(len1*len2)，耗時很大
方法二、利用計數
如果兩個鏈表相交，則兩個鏈表就會有共同的結點；而結點地址又是結點唯一標識。因而判斷兩個鏈表中是否存在地址一致的節點，就可以知道是否相交了。可以對第一 個鏈表的節點地址進行hash排序，建立hash表，然后針對第二個鏈表的每個節點的地址查詢hash表，如果它在hash表中出現，則說明兩個鏈表有共 同的結點。這個方法的時間復雜度為：O(max(len1+len2)；但同時還得增加O(len1)的存儲空間存儲哈希表。這樣減少了時間復雜度，增加 了存儲空間。
以鏈表節點地址為值，遍歷第一個鏈表，使用Hash保存所有節點地址值，結束條件為到最后一個節點（無環）或Hash中該地址值已經存在（有環）。
再遍歷第二個鏈表，判斷節點地址值是否已經存在於上面創建的Hash表中。
這個方面可以解決題目中的所有情況，時間復雜度為O(m+n)，m和n分別是兩個鏈表中節點數量。由於節點地址指針就是一個整型，假設鏈表都是在堆中動態創建的，可以使用堆的起始地址作為偏移量，以地址減去這個偏移量作為Hash函數
方法三、利用有環鏈表思路
對於兩個沒有環的鏈表相交於一節點，則在這個節點之后的所有結點都是兩個鏈表所共有的。如果它們相交，則最后一個結點一定是共有的，則只需要判斷最后一個結點是否相同即可。時間復雜度為O(len1+len2)。對於相交的第一個結點，則可求出兩個鏈表的長度，然后用長的減去短的得到一個差值 K，然后讓長的鏈表先遍歷K個結點，然后兩個鏈表再開始比較。
還可以這樣：其中一個鏈表首尾相連，檢測另外一個鏈表是否存在環，如果存在，則兩個鏈表相交，而檢測出來的依賴環入口即為相交的第一個
參考資料
漫畫算法：如何判斷鏈表有環？
判斷兩個單鏈表是否相交
數據結構面試 之 單鏈表是否有環及環入口點 附有最詳細明了的圖解
鏈表中環形的入口
【單鏈表】環的入口點 原理理解！
如何判斷單鏈表是否有環、環的入口、環的長度和總長