1.判断单链表是否有环

给你一个链表的头节点 head ，判断链表中是否有环。如果链表中存在环，则返回 true 。否则，返回 false 。

方案1

在我们遍历链表的时候，将遍历过的节点保存，并且每次都遍历都先与集合中的节点比较，如果遇到相同的，则证明此链表有环。

fun hasCycle(head: ListNode?): Boolean {
    val set = HashSet<ListNode>()
    var node = head
    while (node != null) {
        if (set.contains(node)) {
            return true
        } else {
            set.add(node)
            node = node.next
        }
    }
    return false
}

此方案只需要遍历一遍，所以时间复杂度为O(N)，由于需要使用HashSet记录遍历过的节点，所以空间复杂度为O(N)

方案2

以前玩QQ飞车的时候，经常被第一名超一圈，所以反过来思考，如果两名玩家在一个单链表上赛车，跑得快的在起跑之后如果能还能遇到跑得慢的，那么这个链表有环，如果快的提前到达了终点，说明无环。

fun hasCycle(head: ListNode?): Boolean {
    var slow = head
    var fast = head
    while (fast?.next != null) {
        slow = slow?.next
        fast = fast.next?.next
        if (slow == fast) {
            return true
        }
    }
    return false
}

此方案只需要遍历一遍，所以时间复杂度为O(N)，由于只使用了两个变量，所以空间复杂度为O(1)

2.求环形链表的入环节点

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。

思考

我们假设起点到入环节点长度为S1,入环节点到第一次相遇长度为S2,环的剩余长度为S3,在上一题目中，当两名玩家相遇的时候，慢玩家slow跑得路程为S1+S2，快玩家fast跑得路程为S1+S2+S3+S2,由于快玩家fast的速度是慢玩家slow速度的2倍，所以可以得出快玩家fast跑过的路程也是慢玩家slow的2倍，即2*(S1+S2)=S1+S2+S3+S2,化简之后可以得到S1=S3。那么当两名玩家首次相遇之后，让其中一名玩家回到起点，然后两名玩家一起以相同的速度行驶，再次相遇的时候，相遇点就是入环节点。示意图如下：入环.png

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

3.求环形链表的环长

给定一个链表的头节点 head ，返回链表的环长。如果链表无环，则返回 null。

思考

当慢玩家slow和快玩家fast相遇之后，让慢玩家slow继续前进并记录路程，当慢玩家slow再次回到之前的相遇节点的时候，这段路程就是环长。

fun getCycleLength(head: ListNode?): Int? {
    var slow = head
    var fast = head
    while (fast?.next != null) {
        slow = slow?.next
        fast = fast.next?.next
        if (slow == fast) {
            var length = 0
            var current = slow
            while (current != null) {
                current = current.next
                length++
                if (current == slow) {
                    return length
                }
            }
        }
    }
    return null
}