求两个链表第一个相交节点

import java.util.HashSet;

/**
 * 求两个链表第一个相交节点
 */
public class FindFirstIntersectNode {

    public Node FindFirstIntersectNode(Node head1, Node head2) {
        if (head1 == null || head2 == null) {
            return null;
        }
        // 入环节点
        Node loop1 = getLoopNode(head1);
        Node loop2 = getLoopNode(head2);
        // 都无环
        if (loop1 == null && loop2 == null) {
            return noLoops(head1, head2);
        } else if (loop1 != null && loop2 != null) {
            return bothLoops(head1, loop1, head2, loop2);
        }
        return null;
    }

    /**
     * 都有环情况下的相交节点
     *
     * @param head1 链表1
     * @param head2 链表2
     */
    private Node bothLoops(Node head1, Node loop1, Node head2, Node loop2) {
        Node cur1 = null;
        Node cur2 = null;
        // 如果同时入环，则相交节点在入环之前或者在入环的点，舍弃环，寻找交点，同都无环的寻找方法
        if (loop1 == loop2) {
            int n = 0;
            cur1 = head1;
            while (cur1 != loop1) {
                n++;
                cur1 = cur1.next;
            }
            cur2 = head2;
            while (cur2 != loop2) {
                n--;
                cur2 = cur2.next;
            }
            cur1 = n >= 0 ? head1 : head2;
            cur2 = cur1 == head1 ? head2 : head1;
            // 链表尾部对齐
            n = Math.abs(n);
            while (n != 0) {
                n--;
                cur1 = cur1.next;
            }
            // 第一个相等的点即为相交节点，若不相交返回null(此处不可能)
            while (cur1 != cur2) {
                cur1 = cur1.next;
                cur2 = cur2.next;
            }
            return cur1;
        }
        // 如果入环节点不同，则节点都在环上，一个节点不动，一个节点往前走一圈，相遇即相交
        cur1 = loop1.next;
        while (cur1 != loop1) {
            if (cur1 == loop2) {
                return loop1;
            }
            cur1 = cur1.next;
        }
        return null;
    }

    /**
     * 都无环情况下的相交节点
     *
     * @param head1 链表1
     * @param head2 链表2
     */
    private Node noLoops(Node head1, Node head2) {
        // 链表长度差值，若相交，则共用链表尾部
        int n = 0;
        Node cur1 = head1;
        while (cur1.next != null) {
            n++;
            cur1 = cur1.next;
        }
        Node cur2 = head2;
        while (cur2.next != null) {
            n--;
            cur2 = cur2.next;
        }
        // 若尾部不一样，不可能相交
        if (cur1 != cur2) {
            return null;
        }
        cur1 = n >= 0 ? head1 : head2; // 谁长，谁的头变成cur1
        cur2 = cur1 == head1 ? head2 : head1; // 谁短，谁的头变成cur2
        // 链表尾部对齐
        while (n != 0) {
            n--;
            cur1 = cur1.next;
        }
        // 第一个相等的点即为相交节点，若不相交返回null(此处不可能)
        while (cur1 != cur2) {
            cur1 = cur1.next;
            cur2 = cur2.next;
        }
        return cur1;
    }

    /**
     * 获取链表的入环节点，如无环，返回null
     * HashSet实现
     *
     * @param head 链表头结点
     * @return 入环节点
     */
    public Node getLoopNode(Node head) {
        if (head == null) {
            return null;
        }
        HashSet<Node> nodeSet = new HashSet<>();
        Node cur = head;
        while (cur != null) {
            if (nodeSet.contains(cur)) {
                return cur;
            }
            nodeSet.add(cur);
            cur = cur.next;
        }
        return null;
    }

    /**
     * 快慢指针
     * 快指针一次走两步，慢指针一次走一步，两个指针相遇之后，让快指针指向头结点并一次走一步，慢指针继续一次走一步，再次相遇的节点即为入环节点
     * 此处已被数学证明是正确的，但是具体的证明过程我并不会
     *
     * @param head 链表头结点
     * @return 入环节点
     */
    public Node getLoopNode2(Node head) {
        if (head == null || head.next == null || head.next.next == null) {
            return null;
        }
        Node slow = head.next;
        Node fast = head.next.next;
        while (slow != fast) {
            if (fast.next == null || fast.next.next == null) {
                return null;
            }
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
        }
        fast = head;
        while (fast != slow) {
            fast = fast.next;
            slow = slow.next;
        }
        return fast;
    }

    /**
     * 链表结构
     */
    public static class Node {

        public int value;

        public Node next;

        public Node(int value) {
            this.value = value;
        }

    }

}

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