160.相交链表

这道题特别有意思,所以写篇文章记录一下学习心得。

题目:

给你两个单链表的头节点 headA 和 headB ,请你找出并返回两个单链表相交的起始节点。如果两个链表不存在相交节点,返回 null 。

图示两个链表在节点 c1 开始相交

题目数据 保证 整个链式结构中不存在环。

注意,函数返回结果后,链表必须 保持其原始结构 。

自定义评测:

评测系统 的输入如下(你设计的程序 不适用 此输入):

  • intersectVal – 相交的起始节点的值。如果不存在相交节点,这一值为 0
  • listA – 第一个链表
  • listB – 第二个链表
  • skipA – 在 listA 中(从头节点开始)跳到交叉节点的节点数
  • skipB – 在 listB 中(从头节点开始)跳到交叉节点的节点数

评测系统将根据这些输入创建链式数据结构,并将两个头节点 headA 和 headB 传递给你的程序。如果程序能够正确返回相交节点,那么你的解决方案将被 视作正确答案 。

示例 1:

输入:intersectVal = 8, listA = [4,1,8,4,5], listB = [5,6,1,8,4,5], skipA = 2, skipB = 3
输出:Intersected at '8'
解释:相交节点的值为 8 (注意,如果两个链表相交则不能为 0)。
从各自的表头开始算起,链表 A 为 [4,1,8,4,5],链表 B 为 [5,6,1,8,4,5]。
在 A 中,相交节点前有 2 个节点;在 B 中,相交节点前有 3 个节点。
— 请注意相交节点的值不为 1,因为在链表 A 和链表 B 之中值为 1 的节点 (A 中第二个节点和 B 中第三个节点) 是不同的节点。换句话说,它们在内存中指向两个不同的位置,而链表 A 和链表 B 中值为 8 的节点 (A 中第三个节点,B 中第四个节点) 在内存中指向相同的位置。

示例 2:

输入:intersectVal = 2, listA = [1,9,1,2,4], listB = [3,2,4], skipA = 3, skipB = 1
输出:Intersected at '2'
解释:相交节点的值为 2 (注意,如果两个链表相交则不能为 0)。
从各自的表头开始算起,链表 A 为 [1,9,1,2,4],链表 B 为 [3,2,4]。
在 A 中,相交节点前有 3 个节点;在 B 中,相交节点前有 1 个节点。

示例 3:

输入:intersectVal = 0, listA = [2,6,4], listB = [1,5], skipA = 3, skipB = 2
输出:null
解释:从各自的表头开始算起,链表 A 为 [2,6,4],链表 B 为 [1,5]。
由于这两个链表不相交,所以 intersectVal 必须为 0,而 skipA 和 skipB 可以是任意值。
这两个链表不相交,因此返回 null 。

提示:

  • listA 中节点数目为 m
  • listB 中节点数目为 n
  • 1 <= m, n <= 3 * 104
  • 1 <= Node.val <= 105
  • 0 <= skipA <= m
  • 0 <= skipB <= n
  • 如果 listA 和 listB 没有交点,intersectVal 为 0
  • 如果 listA 和 listB 有交点,intersectVal == listA[skipA] == listB[skipB]

进阶:你能否设计一个时间复杂度 O(m + n) 、仅用 O(1) 内存的解决方案?

题解:

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* getIntersectionNode(ListNode* headA, ListNode* headB) {
        ListNode* pa = headA;
        ListNode* pb = headB;
        while (pa != NULL || pb != NULL) {
            if(pa == NULL){
                pa = headB;
            }
            if(pb == NULL){
                pb = headA;
            }
            if(pa == pb){
                printf("Intersected at '%d'",pa->val);
                return pa;
            }else{
                pa = pa->next;
                pb = pb->next;
            }
        }
        printf("null");
        return NULL;
    }
};

问题:为什么pa指针和pb指针到达NULL时需要交换?

AI老师的解答:

当 A 指针为空时,我们需要将 A 设置为 headB 而不是 headA,这是因为我们遍历两个链表的方式。

想象一下:当 A 遍历到自己的链表结尾(即 A 变为空)时,我们想要「切换」到另一个链表 B。通过将 A 设置为 headB,我们实际上将 A 移动到链表 B 的起始点。

如果我们将 A 设置为 headA,那么我们将 A 移动回链表 A 的起始点,这将导致无限循环。我们永远不会到达交点,因为 A 将继续遍历链表 A 不断。

同样,当 B 遍历到自己的链表结尾时,我们将 B 设置为 headA,这样 B 就可以从链表 A 的起始点开始遍历。

通过这种「切换」方式,我们确保了 A 和 B 都遍历了两个链表,以便它们在交点处相遇,如果存在的话。

举例:

首先是两个链表(约定,值相同代表同一节点,0 代表空节点)
A表:[1, 2, 3, 7, 8, 9]
B表:[4, 5, 7, 8, 9]

连接两个链表(表与表之间用 0 隔开)
AB表:[1, 2, 3, 7, 8, 9, 0, 4, 5, 7, 8, 9, 0]
BA表:[4, 5, 7, 8, 9, 0, 1, 2, 3, 7, 8, 9, 0]

观察连接后的两个表,可以发现相交的部分整齐的排列在末尾,
只需要逐个比较这两张表的节点,就能找到相交的起始位置。

如果没有相交会如何?会陷入死循环吗?
A表:[1, 2, 3]
B表:[4, 5]

连接两个链表(表与表之间用 0 隔开)
AB表:[1, 2, 3, 0, 4, 5, 0]
BA表:[4, 5, 0, 1, 2, 3, 0]

观察连接后的两个表,可以发现末尾相交的部分必然为空,
参照上面的逻辑,返回首个相同的节点,为空是符合题意的。

如果连接两表时,不用 0 隔开,表不相交时,就会陷入死循环。
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