我们把该链表抽象为这样一个模型,假设环长为nn。
情景1
此图表示其实状态,其中hh表示链表头节点,slow,fastslow,fast,起始状态指向hh,tt表示环的入口节点。
情景2
此图表示slowslow运动到了tt,fastfast运动到m1m1,节点hh和节点tt之间的距离为aa,节点tt和节点m1m1之间的距离(弧长)为bb,并设此时fastfast在环上做了rr次圆周运动(因为aa和nn的长度都不固定,多以fastfast可能已经在环上运动了好多圈了)。相对于slowslow其运动的距离为:aa由于fastfast速度是slowslow的二倍,所以其运动的距离(步数)为:2a2a
并且,经过观察可知fastfast运动的距离为:a+nr+ba+nr+b,所以可知公式①:
情景3.
此时,slow,fastslow,fast相遇在节点m2m2,也就是代码中1010行判断成立的地方。其中m2m2为相遇点,bb还是为弧长。由于链表的指针是有方向的,我们约定在环上计算距离的时候按照逆时针计算,也就是说,从tt到m1m1的距离为bb,从m1m1到tt的距离为n−bn−b(其中nn为环的长度)。
同理在情况2中,从fastfast到slowslow的距离为n−bn−b,它们的速度差为11,所以它们再次相遇的时候经过的时间为n−b1=n−bn−b1=n−b,slowslow经过的距离为(n−b)×1=n−b(n−b)×1=n−b,所以假设相遇点为m2m2,那么显而m2m2到tt的距离为bb。
情景4.
情况4对应着代码中的1111~1919行。因为通过上面的讨论,如果能让qq向前运动:b+xnb+xn步,那么qq的位置恰好是tt,其中x∈{0,1,2,3,⋅⋅⋅}x∈{0,1,2,3,⋅⋅⋅}。
值得高兴的是,在情况2中我们有公式①,观察到aa恰好符合这样一个步数值,所以我们让p=hp=h,p,qp,q,都每次向前移动11,当他们相遇的时候恰好就是环的入点tt,也就是说pp从hh移动到p,qp,q再次相遇在这里的作用是提供一个计数。
所以,当pp,qq再次相遇的时候,他们的相遇点恰好了tt,也就是需要找的环的入口点。
复杂度
我们关注第一次循环的slowslow和第二次循环的pp,因为它们都是每次前进一步,由它们移动的步数,可以得到算法的时间复杂度,所以易知时间复杂度为O(n)O(n),空间复杂度为O(1)O(1)。