OptimalSolution(3)--链表问题（1）简单

　　单链表Node节点类

public class Node {

    public int val;
    public Node next;

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

　　双链表DoubleNode类

public class DoubleNode {

    public int val;
    public DoubleNode last;
    public DoubleNode next;
    
    public DoubleNode(int val) {
        this.val = val;
    }
}

　　

　　一、打印两个有序链表的公共部分

　　问题：给定两个有序链表head1和head2，打印两个链表的公共部分

　　解答：（1）如果head1的值小于head2，则head1向下移动。（2）如果head2的值小于head1的值，则head2向下移动。（3）如果head1的值等于head2的值，则打印这个值，然后head1和head2都往下移动。（4）head1或head2有任意一个移动到null，则整个过程停止

    public void printCommonPart(Node head1, Node head2) {
        while (head1 != null && head2 != null) {
            if (head1.val < head2.val) {
                head1 = head1.next;
            } else if (head1.val > head2.val) {
                head2 = head2.next;
            } else {
                System.out.print(head1.val + " ");
                head1 = head1.next;
                head2 = head2.next;
            }
        }
        System.out.println();
    }

　　

　　二、在单链表和双链表中删除倒数第K个节点

　　题目1：删除单链表中倒数第K个节点

　　在删除问题中，如果想要删除某一个节点，就必须定位到要删除节点的前一个节点。

　　解答：

　　（1）如果链表为空或者K值小于1，则直接返回即可。否则让链表从头开始走到尾，每移动一步，就让K值减1，链表走到结尾时，判断K值的大小

　　（2）如果K值大于0（1→2→3，K=4，K：3 2 1），说明链表没有倒数第K个节点，直接返回即可。

　　（3）如果K值等于0（1→2→3，K=3，K：2 1 0），说明倒数第K个节点就是头节点，直接删除头节点，返回head.next即可

　　（4）如果K值小于0（1→2→3，K=2，K：1 0 -1），此时，重新从头节点开始走，每移动一步，就让K的值加1，当K等于0时，移动停止，此时的节点就是要删除节点的前一个节点。（假设链表长度为N，那么倒数第K个节点的前一个节点就是第N-K个节点，第一次遍历后，K变为K-N，第二次遍历后，遍历到第N-K个节点时K为0）

    public Node removeLastKthNode(Node head, int lastKth) {
        if (head == null || lastKth < 1) {
            return head;
        }
        Node cur = head;
        while (cur != null) {
            lastKth--;
            cur = cur.next;
        }
        if (lastKth == 0) {
            head = head.next;
        }
        if (lastKth < 0) {
            cur = head;
            while (++lastKth != 0) {
                cur = cur.next;
            }
            cur.next = cur.next.next;
        }
        return head;
    }

　　题目2：删除双链表中倒数第K个节点（和单链表同理，只是注意last指针的重连即可）

    public DoubleNode removeLastKthNode(DoubleNode head, int lastKth) {
        if (head == null || lastKth < 1) {
            return head;
        }
        DoubleNode cur = head;
        while (cur != null) {
            lastKth--;
            cur = cur.next;
        }
        if (lastKth == 0) {
            head = head.next;
            head.last = null;
        }
        if (lastKth < 0) {
            cur = head;
            while (++lastKth != 0) {
                cur = cur.next;
            }
            DoubleNode newNext = cur.next.next;
            cur.next = newNext;
            if (newNext != null) {
                newNext.last = cur;
            }
        }
        return head;
    }

　　

　　三、删除链表的中间节点和a/b处的节点

　　题目1：删除链表的中间节点，例如1→2删除节点1，1→2→3删除节点2，1→2→3→4删除节点2，1→2→3→4→5删除节点3

　　解答：如果链表为空或长度为1，则直接返回，如果链表长度为2，删除头节点即可，则3-2,4-2,5-3,6-3...，也就是长度每增加2，要删除的节点就后移一个节点。

    public Node removeMidNode(Node head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }
        if (head.next.next == null) {
            return head.next;
        }
        Node pre = head;
        Node cur = head.next.next;
        while (cur.next != null && cur.next.next != null) {
            pre = pre.next;
            cur = cur.next.next;
        }
        pre.next = pre.next.next;
        return head;
    }

　　题目2：删除位于a/b处节点，链表1→2→3→4→5，假设a/b=r，则r==0不删除任何节点，r在(0,1/5]上删除节点1，r在(1/5,2/5]删除节点2，如果r大于1，不删除任何节点

　　解答：根据链表长度n，以及a和b先计算出n*(a/b)的值，然后r向上取整就是要删除的节点的位置。

    public Node removeByRatio(Node head, int a, int b) {
        if (a < 1 || a > b) {
            return head;
        }
        int n = 0;
        Node cur = head;
        while (cur != null) {
            n++;
            cur = cur.next;
        }
        n = (int)Math.ceil((double) (a * n) / (double)b);
        if (n == 1) {
            head = head.next;
        }
        if (n > 1) {
            cur = head;
            while (--n != 1) {
                cur = cur.next;
            }
            cur.next = cur.next.next;
        }
        return head;
    }

 

　　四、反转单向和双向链表

　　题目1：反转单向链表

    public Node reverseList(Node head) {
        Node pre  = null;
        Node next = null;
        while (head != null) {
            next = head.next;
            head.next = pre;
            pre = head;
            head = next;
        }
        return pre;
    }

　　题目2：反转双向链表

    public DoubleNode reverseList(DoubleNode head) {
        DoubleNode pre  = null;
        DoubleNode next = null;
        while (head != null) {
            next = head.next;
            head.next = pre;
            head.last = next;
            pre = head;
            head = next;
        }
        return pre;
    }

 

　　五、反转部分单向链表

　　题目：给定一个单链表和两个整数from和to，把第from个到第to个节点这一部分进行反转。例如1→2→3→4→5→null，from=2，to=4，则1→4→3→2→5→null

　　解答：

　　（1）如果1<=from<=to<=N不满足，返回原来的头节点

　　（2）找到第from-1个节点fPre和第to+1个节点tPos，把反转的部分先反转，然后正确连接fPre和tPos

　　（3）如果fPre为null，说明反转部分是包含头节点的，返回每反转以前反转部分的最后一个节点作为新的头节点，如果fPre不为null，返回旧的头节点。

    public Node reversePart(Node head, int from, int to) {
        int len = 0;
        Node node1 = head;
        Node fPre = null;
        Node tPos = null;
        while (node1 != null) {
            len++;
            fPre = len == from - 1 ? node1 : fPre;
            tPos = len == to +   1 ? node1 : tPos;
            node1 = node1.next;
        }
        if (from > to || from < 1 || to > len) {
            return head;
        }
        node1 = fPre == null ? head : fPre.next;
        Node node2 = node1.next;
        node1.next = tPos;
        Node next = null;
        while (node2 != tPos) {
            next = node2.next;
            node2.next = node1;
            node1 = node2;
            node2 = next;
        }
        if (fPre != null) {
            fPre.next = node1;
            return head;
        }
        return node1;
    }

 

　　六、两个单链表生成相加链表

　　问题：9→3→7代表整数937，6→3代表整数63，将两个链表相加得到937+63=1000，返回1→0→0→0

　　思路：如果先分别算出各自链表所代表的整数，那么链表的长度很长，可以表示一个很大的数，转换成int时可能会异常

　　解法1：利用栈结构

　　（1）将两个链表从左到右遍历，并压入各自的栈中。因此s1：9 3 7，s2：6 3,

　　（2）将s1和s2同步弹出，然后相加链表即可，同时还需要关注是否有进位　　

　　（3）当s1和s2都为空时，如果进位信息为1，还要生成一个节点值为1的新结点

　　　注意：两个整数相加与进位问题。1. n1 = s1.isEmpty() ? 0 : s1.pop();2.n = n1 + n2 + ca;3.node = new Node(n % 10);4.ca = n / 10;

　　　注意：从后往前生成链表的过程。 pre = node; node = new Node(n % 10); node.next = pre;

    public Node addLists1(Node head1, Node head2) {
        Stack<Integer> s1 = new Stack<>();
        Stack<Integer> s2 = new Stack<>();
        while (head1 != null) {
            s1.push(head1.val);
            head1 = head1.next;
        }
        while (head2 != null) {
            s2.push(head2.val);
            head2 = head2.next;
        }
        int ca = 0;
        int n1 = 0, n2 = 0;
        int n = 0;
        Node node = null;
        Node pre  = null;
        while (!s1.isEmpty() || !s2.isEmpty()) {
            n1 = s1.isEmpty() ? 0 : s1.pop();
            n2 = s2.isEmpty() ? 0 : s2.pop();
            n = n1 + n2 + ca;
            pre = node;
            node = new Node(n % 10);
            node.next = pre;
            ca = n / 10;
        }
        if (ca == 1) {
            pre = node;
            node = new Node(1);
            node.next = pre;
        }
        return node;
    }

　　解法2：利用链表的逆序

　　（1）将两个链表逆序，依次得到从低位到高位的数字

　　（2）遍历两个逆序后的链表，过程和解法1类似

　　需要注意：1.1 = c1 != null ? c1.val : 0; 2.c1 = c1 != null ? c1.next : null; 3.完成后还需要reverseList(head1); reverseList(head2);将原来的链表返回原状。

    public Node addList2(Node head1, Node head2) {
        head1 = reverseList(head1);
        head2 = reverseList(head2);
        int ca = 0, n1 = 0, n2 = 0, n = 0;
        Node c1 = head1;
        Node c2 = head2;
        Node node = null;
        Node pre  = null;
        while (c1 != null || c2 != null) {
            n1 = c1 != null ? c1.val : 0;
            n2 = c2 != null ? c2.val : 0;
            n = n1 + n2 + ca;
            pre = node;
            node = new Node(n%10);
            node.next = pre;
            ca = n / 10;
            c1 = c1 != null ? c1.next : null;
            c2 = c2 != null ? c2.next : null;
        }
        if (ca == 1) {
            pre = node;
            node = new Node(1);
            node.next = pre;
        }
        reverseList(head1);
        reverseList(head2);
        return node;
    }

 

　　七、删除无序单链表中值重复出现的节点

　　问题：给定一个无序单链表，删除其中值重复出现的节点，例如1→2→3→3→4→4→2→1→1→null，返回1→2→3→4→null。

　　解法1：利用哈希表，但是时间复杂度为O(N)，空间复杂度为O(N)

　　最近一个没有被删除的节点为pre，当前节点cur的值如果出现过，就令pre.next=cur.next；如果没出现过，就将cur的值加入到哈希表，同时令pre=cur。

    public void removeRep1(Node head) {
        if (head == null) {
            return;
        }
        HashSet<Integer> set = new HashSet<>();
        Node pre = head;
        Node cur = head.next;
        set.add(head.val);
        while (cur != null) {
            if (set.contains(cur.val)) {
                pre.next = cur.next;
            } else {
                set.add(cur.val);
                pre = cur;
            }
            cur = cur.next;
        }
    }

　　解法2：利用选择排序的过程，时间复杂度为O(N²)，空间复杂度为O(1)（直接选择排序时间复杂度为O(N²)）

　　例如1→2→3→3→4→4→2→1→1→null，（1）cur值为1，检查后面所有值为1的节点全部删除（2）cur值为2，检查后面值为2的节点全部删除...依次类推

    public void removeRep2(Node head) {
        Node cur = head;
        Node pre = null;
        Node next = null;
        while(cur != null) {
            pre = cur;
            next = cur.next;
            while (next != null) {
                if (cur.val == next.val) {
                    pre.next = next.next;
                } else {
                    pre = next;
                }
                next = next.next;
            }
            cur = cur.next;
        }

 

　　八、在单链表删除指定值的节点

　　题目：给定一个单链表和一个整数num，删除值为num的全部节点。例如：1→2→3→4→null，num=3，返回：1→2→4→null

　　方法1：O(N)+O(N)利用栈或者其他容器收集值不等于num的节点，收集完成后重新连接即可。最后返回栈底节点为新的头结点

    public Node removeValue1(Node head, int num) {
        Stack<Node> stack = new Stack<>();
        while(head != null) {
            if (head.val != num) {
                stack.push(head);
            }
            head = head.next;
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            stack.peek().next = head;    // head一开始为null
            head = stack.pop();
        }
        return head;
    }

　　方法2：O(N)+O(1)不用任何容器直接调整。找到第一个不为num的节点作为新的头结点newHead，继续往后遍历，如果cur的值等于num，就将cur删除，即令最近一个值不等于num的pre.next=cur.next，如果不等于，就令pre=cur

    public Node removeValue2(Node head, int num) {
        while (head != null) {
            if (head.val != num) {
                break;
            }
            head = head.next;
        }
        Node pre = head;
        Node cur = head;
        while(cur != null) {
            if (cur.val == num) {
                pre.next = cur.next;
            } else {
                pre = cur;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return head;
    }

　　

　　九、单链表的选择排序

　　题目：给定一个无序单链表，实现单链表的选择排序，要求空间复杂度为O(1)

　　选择排序就是：从未排序的部分中找到最小值，然后放在排好序部分的尾部，逐渐将未排序的部分缩小，最后全部变成排好序的部分。

　　解法：O(N²)+O(1)

　　（1）找到最小值节点，将其设置成新的头节点newHead

　　（2）每次在未排序的部分中找到最小值的节点，然后把这个节点从未排序的链表中删除，同时连接删除节点的前后节点

　　（3）把删除的节点连接在排好序部分的链表尾部

    public Node getSmallestPreNode(Node head) {
        Node smallPre = null;
        Node small = head;
        Node pre = head;
        Node cur = head.next;
        while (cur != null) {
            if (cur.val < small.val) {
                smallPre = pre;
                small = cur;
            }
            pre = cur;
            cur = cur.next;
        }
        return smallPre;// 返回以head为头结点的单链表中最小值节点的前一个节点
    }
    
    public Node selectionSort(Node head) {
        Node tail = null;        // 已排序部分尾部
        Node cur  = head;        // 未排序部分头部
        Node smallPre = null;    // 最小节点的前一个节点
        Node small = null;        // 值最小的节点
        while (cur != null) {
            small = cur;
            smallPre = getSmallestPreNode(cur);
            if (smallPre != null) {
                // small为未排序部分的最小值
                small = smallPre.next;
                // 将最小值节点从未排序的部分删除
                smallPre.next = small.next;
            }
            // smallPre为null时，说明当前节点cur已经是最小值，因此在原链表中删除头节点
            cur = cur == small ? cur.next : cur;
            if (tail == null) {
                head = small;
            } else {
                tail.next = small;
            }
            tail = small;
        }
        return head;
    }

 

　　十、一种怪异的节点删除方式

　　问题：给定一个链表的节点node，但不给定整个整个链表的头节点，如何在链表中删除node？并分析出现的问题

　　思路：例如1→2→3→null，如果要删除节点2，那么在仅给定节点2的情况下，将节点2的值变成3，然后删除结点3即可。（在链表中删除节点的原则，必须定位到待删节点的上一个节点）

　　可能出现的问题：

　　（1）无法删除最后一个节点。因为如果要删除节点3，由于根本没有下一个节点来代替节点3被删除，那么只有让节点2的next指向null这一种办法，但是又根本找不到节点2，所以就无法正确删除节点3。

　　（2）这种删除方式在本质上根本不是删除了node节点，而是把node节点的值改变，然后删除node的下一个节点。在实际工程中，一个节点可能代表很复杂的结构，节点的复制会相当复杂，或者可能改变节点值这个操作都是被禁止的；或者工程上一节点代表提供服务的一个服务器，外界对每个节点都有很多依赖，例如，在删除节点2时，实际上影响了节点3对外提供的服务。

　　注意：异常的抛出，RuntimeException异常类不需要导包。

    public void removeNodeWired(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        Node next = node.next;
        if (next == null) {
            throw new RuntimeException("can not remove last node.");
        }
        node.val = next.val;
        node.next = next.next;
    }

 

　　十一、向有序的环形单链表中插入新节点

　　问题：一个环形单链表从头节点head开始不降序，同时由最后的节点指向头节点。给定一个环形单链表的头节点和一个整数num，生成节点值为num的新节点，并插入到这个环形链表中，保证调整后的链表依然有序。

　　解法：

　　（1）生成节点值为num的新节点，记为node

　　（2）如果链表为空，直接返回node

　　（3）令pre=head，cur=head.next，令pre和cur同步移动，如果pre的节点值小于或等于num，并且cur的节点值大于或等于num，说明node应该在pre和cur节点之间插入

　　（4）如果pre和cur转了一圈都没有发现插入位置，说明node应该插入到头节点的前面，此时是因为链表中每个节点都大于num或者都小于num。如果num比每个节点值都大，返回原来的头节点即可；如果num比每个节点的值都小，应该把node作为链表新的头节点返回。

    public Node insertNum(Node head, int num) {
        Node node = new Node(num);
        if (head == null) {
            node.next = node;
            return node;
        }
        Node pre = head;
        Node cur = head.next;
        while (cur != head) {
            if (pre.val <= num && cur.val >= num) {
                break;
            }
            pre = cur;
            cur = cur.next;
        }
        pre.next = node;
        node.next = cur;
        return head.val < num ? head : node;
    }

 

　　

　　十二、合并两个有序的单链表

　　题目：给定两个有序单链表head1和head2，返回合并后的链表。例如：0→2→3→7→null，1→3→5→7→9→null，返回0→1→2→3→3→5→7→7→9→null

　　解法：（O(M+N) + O(1)）

　　（1）如果两个链表有一个为空，返回非空链表头节点

　　（2）head1和head2中小的节点就是新链表的头节点

　　（3）每次比较遍历到的值，根据大小关系作出调整，同时用一个变量pre表示上次比较时值较小的节点

链表1:1→5→6→null， 链表2:2→3→7→null
cur1=1，cur2=2，pre=null，cur1小于cur2，不作调整，pre=cur1
cur1=5，cur2=2，pre=1，cur2小于cur1，pre.next指向cur2，cur2.next指向cur1，pre=2，此时1→2→5→6→null，3→7→null，
cur1=5，cur2=3，pre=2，cur2小于cur1，pre.next指向cur2，cur2.next指向cur1，pre=3，此时1→2→3→5→6→null，7→null
cur1=5，cur2=7，pre=3，cur1小于cur2，不作调整，pre=5
cur1=6，cur2=7，pre=5，cur1小于cur2，不作调整，pre=6，
此时cur1=null，pre为链表1的最后一个节点，把pre.next指向cur2

　　（4）如果链表1先走完，此时cur1=null，pre为链表1的最后一个节点，那么就把pre的next指针指向链表2的当前节点，即cur2；如果链表2先走完，说明链表2的所有节点已经插入到链表1中，此时返回新的头节点即可。

　　注意：pre这个变量在这道题里面所起到的作用。 pre.next = cur1 == null ? cur2 : cur1;

    public Node merge(Node head1, Node head2) {
        if (head1 == null || head2 == null) {
            return head1 != null ? head1 : head2;
        }
        Node head = head1.val < head2.val ? head1 : head2;
        Node cur1 = head == head1 ? head1 : head2;
        Node cur2 = head == head1 ? head2 : head1;
        Node pre = null;
        Node next = null;
        while (cur1 != null && cur2 != null) {
            if (cur1.val <= cur2.val) {
                pre = cur1;
                cur1 = cur1.next;
            } else {
                next = cur2.next;
                pre.next = cur2;
                cur2.next = cur1;
                pre = cur2;
                cur2 = next;
            }
        }
        pre.next = cur1 == null ? cur2 : cur1;
        return head;
    }

 

　　十三、按照左右半区的方式重新组合单链表

　　问题：给定一个长度为N的单链表，如果N为偶数，那么前N/2个节点为左半区，后N/2个节点为右半区；如果N为奇数，那么前N/2个节点算作左半区，后N/2+1个节点为右半区，将单链表调整成L1→R1→L2→R2..的形式。例如：1→2→3→4→null调整为1→3→2→4→null，1→2→3→4→5→null调整为1→3→2→4→5→null

　　解法：O(N)+O(1)

　　（1）如果链表为空或长度为1，则直接返回

　　（2）遍历一遍找到左半区的最后一个节点，记为mid，这里涉及到之前做过的题，求中间节点的方法：即从长度为2开始，长度每增加2，mid就向后移动一个节点。例如：12mid为1，123mid为1，1234mid为2，12345mid为2，123456mid为3...

　　（3）将左右半区分离成2个链表即mid.next=null，头结点分别为原来的head记为left，和mid.next记为right。

　　注意：1.mergeLR方法是将right链表的每一个节点依次插入到left的合适位置中。

　　　　　2.求链表中间节点mid的方法： Node mid = head; Node right = head.next; while (right.next != null && right.next.next != null) { mid = mid.next; right = right.next.next; }

    public void relocate(Node head) {
        if (head == null || head.next == null) {
            return;
        }
        Node mid = head;
        Node right = head.next;
        while (right.next != null && right.next.next != null) {
            mid = mid.next;
            right = right.next.next;
        }
        right = mid.next;
        mid.next = null;
        mergeLR(head, right);
    }
    
    public void mergeLR(Node left, Node right) {
        Node next = null;
        while (left.next != null) {
            next = right.next;
            right.next = left.next;
            left.next = right;
            left = right.next;
            right = next;
        }
        left.next = right;
    }