代码随想录：链表

链表基础

c/c++中链表是通过指针串联在一起的线型结构，指针串联起了一个个节点

每个节点都有数据域和指针域（单链表有一个指针域，双链表有两个指针域，当然也可以有多个指针...）

最后一个节点的指针指向空，null

入口出的节点我们一般叫做头节点，head

链表在内存中不是连续的，取决于操作系统的内存管理

单链表：上图

双链表：

因为有两个指针，多以指向就有更多的可选择性
一般一个指针指向上一个节点，另一个指针指向下一个节点，第一个节点的prev和最后一个节点的next指向null
支持向前查询也支持向后查询

循环链表

顾名思义就是链表的头尾节点通过指针指向的方式首尾相接
约瑟夫环问题用循环链表做很快啊

自己定义链表节点

定义单链表：

struct ListNode {
    //数据域
    int val;
    //指针域
    ListNode* next;
    //自定义节点构造函数
    ListNode(int x) :val(x), next(NULL) {}
 
};

有构造函数就会比较方便一点，可以进行如下初始化：

1 2	`ListNode* head =` `new` `ListNode(555);` `cout << head->val <<` `" "<< head <<" "<< head->next;`

否则初始化要这样：

1 2	`ListNode* head =` `new` `ListNode();` `head->val = 5;`

删除节点

要删第i个节点，把第i-1个节点的next指向第i+1个节点，然后手动释放掉第i个节点的内存（c++中最好是手动释放，python中交给内存机制就好了）

添加节点

要添加节点，也是修改插入位置的前后指针的指向

插入和删除节点的操作复杂度都是$O(1)$但是查询是$O(n)$

数组和链表的对比

插入/删除的时间复杂度

查询的时间复杂度

使用场景

数组

$O(n)$

$O(1)$

数据量固定

频繁查询

较少增删

链表

$O(1)$

$O(n)$

数据量不固定

较少查询

频繁增删

虚拟的头节点

写代码时候发现，移除头节点和移除中间的节点操作不太一样的，所以为了统一代码，只需要设置一个虚拟的头节点，指向原先的头节点

最后返回虚拟头节点的下一个节点就好。

1	`return` `dummyNode->next;`

移除链表元素

题目：删除链表中等于给定值 val 的所有节点。

203. 移除链表元素 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com)

不使用虚拟头节点在原先代码上改：

ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        // 删除头结点
        while (head != NULL && head->val == val) { // 注意这里不是if
            ListNode* tmp = head;
            head = head->next;
            delete tmp;
        }

        // 删除非头结点
        ListNode* cur = head;
        while (cur != NULL && cur->next != NULL) {
            if (cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            }
            else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        return head;
    }

使用虚拟的头节点：

    ListNode* removeElements2(ListNode* head, int val) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0); // 设置一个虚拟头结点
        dummyHead->next = head; // 将虚拟头结点指向head，这样方面后面做删除操作
        ListNode* cur = dummyHead;
        while (cur->next != NULL) {
            if (cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            }
            else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        head = dummyHead->next;
        delete dummyHead;
        return head;
    }

设计链表

有一些题目考察链表的设计，写出链表的基本功能，考察代码的掌控程度。

707. 设计链表 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com)

在链表类中实现这些功能：

get(index)：获取链表中第 index 个节点的值。如果索引无效，则返回-1。
addAtHead(val)：在链表的第一个元素之前添加一个值为 val 的节点。插入后，新节点将成为链表的第一个节点。
addAtTail(val)：将值为 val 的节点追加到链表的最后一个元素。
addAtIndex(index,val)：在链表中的第 index 个节点之前添加值为 val 的节点。如果 index 等于链表的长度，则该节点将附加到链表的末尾。如果 index 大于链表长度，则不会插入节点。如果index小于0，则在头部插入节点。
deleteAtIndex(index)：如果索引 index 有效，则删除链表中的第 index 个节点。

//设计链表，实现链表的基本接口
class MyListSolution {
public:
    struct myListNode {
        int val;
        myListNode* next;
        myListNode(int val) : val(val), next(nullptr) {}
    };

    //初始化链表，即构造函数
    MyListSolution() {
        _dummpyHead = new myListNode(0);
        _size = 0;
    }

    // 获取到第index个节点数值，如果index是非法数值直接返回-1， 注意index是从0开始的，第0个节点就是头结点
    int get(int index) {
        if (index < 0 || index >= _size) return -1;
        myListNode* cur = _dummpyHead;
        while (index--) {
            cur = cur->next;
        }
        //cout << cur->val << endl;
        return cur->val;
    }


    // 在链表最前面插入一个节点，插入完成后，新插入的节点为链表的新的头结点
    void addAtHead(int val) {
        if (_dummpyHead->next != NULL) {
            myListNode* tmp = new myListNode(val);
            tmp->next = _dummpyHead->next;
            _dummpyHead->next = tmp;
            _size += 1;
        }
        myListNode* tmp = new myListNode(val);
        _dummpyHead->next = tmp;
        _size += 1;
    
    }

    // 在链表最后面添加一个节点
    void addAtTail(int val) {
        myListNode* tmp = new myListNode(val);
        myListNode* cur = _dummpyHead;
        while (cur->next != NULL) {
            cur = cur->next;
        }
        cur->next = tmp;
        _size += 1;
        
    }

    // 在第index个节点之前插入一个新节点，例如index为0，那么新插入的节点为链表的新头节点。
    // 如果index 等于链表的长度，则说明是新插入的节点为链表的尾结点
    // 如果index大于链表的长度，则返回空
    void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > _size) {
            return;
        }
        else if (index <= 0) {
            addAtHead(val);
        }
        else if (index == _size) {
            addAtTail(val);
        }
        else {
            myListNode* tmp = new myListNode(val);
            myListNode* cur = _dummpyHead;
            while (index--) {
                cur = cur->next;
            }
            //cur->next是目标位置
            tmp->next = cur->next;
            cur->next = tmp;
            _size+=1;
        }
    }

    // 删除第index个节点，如果index 大于等于链表的长度，直接return，注意index是从0开始的
    void delAtIndex(int index) {
        if (index >= _size || index < 0) {
            return;
        }
        myListNode* cur = _dummpyHead;
        while (index--) {
            cur = cur->next;
        }
        //cur->next是目标位置
        myListNode* tmp = cur->next;
        cur->next = cur->next->next;
        delete tmp;
        _size -= 1;
        

    }

    // 打印链表
    void printMyList() {
        myListNode* cur = _dummpyHead;
        while (cur->next != NULL) {
            cout << cur->next->val << " ";
            cur = cur->next;
        }
        cout << endl;
        
    }
private:
    int _size;
    myListNode* _dummpyHead;
    
};

int main() {
    //ListNode* head = new ListNode(555);
    //cout << head->val << " "<< head <<" "<< head->next;

    MyListSolution *test = new MyListSolution();
    test->addAtHead(1);
    test->addAtTail(3);
    test->addAtIndex(1, 2);
    test->printMyList();
    test->get(1);
    test->delAtIndex(1);
    test->get(1);
    test->printMyList();
    return 0;
}

如果设置了虚拟头节点，那么当执行下面代码后

myListNode* cur = _dummpyHead;
       while (index--) {
           cur = cur->next;
       }

当index=0后，不会执行while部分代码，跳出循环。

反转链表

这道题做过，demo....数据结构入门 - PiaYie - 博客园 (cnblogs.com)

反转一个单链表，例如经典题目：206. 反转链表 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com)

示例: 输入: 1->2->3->4->5->NULL 输出: 5->4->3->2->1->NULL

双指针

为什么叫双指针解法？

首先肯定有一个cur指针，从前移到后面，需要更改的是cur的指向，指向的还是前一个节点，咋一看，欸还没有东西表示前一个节点，so，要用一个指针prev来表示cur的前一个节点。

//反转链表
class reverseListSolution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        //利用双指针迭代
        ListNode* pre = nullptr;
        ListNode* cur = head;
        ListNode* temp = new ListNode();
        while (cur) {

            temp = cur->next;
            cur->next = pre;
            pre = cur;
            cur = temp;
        }
        return pre;
    }
};

递归

函数调用是递归的根据栈实现。

使用递归必须要满足的两个条件就是：

要有递归公式。
要有终止条件。

递归法相对抽象一些，但是其实和双指针法是一样的逻辑，同样是当cur为空的时候循环结束，不断将cur指向pre的过程。

这里终止条件是当head或者head->next指向NULL的时候。

递归公式是返回新链表的头节点（==啊啊啊啊草啊啊啊啊不理解）

//递归方法1
ListNode* reverseList2(ListNode* head) {
    //递推公式reverseList2的含义是：把拿到的链表进行反转，然后返回新的头结点newHead
    
    if (!head || !head->next) {
        return head; //注意这个head指向最后一个节点最后一路返回
    }
    //使用递归函数，一直递归到链表的最后一个结点，该结点就是反转后的头结点，记作 newHead .
    ListNode* newHead = reverseList2(head->next);
    //此后，每次函数在返回的过程中，让当前结点的下一个结点的 next 指针指向当前节点。
    head->next->next = head;
    //同时让当前结点的 next 指针指向 NULL ，从而实现从链表尾部开始的局部反转
    head->next = nullptr;
    //当递归函数全部出栈后，链表反转完成。
    return newHead;
}    

　最后返回是 return <= newhead1 <= newhead2 <= newhead3 <= newhead4 <=newhead5 = head = [5]

反转链表代码

//反转链表
class reverseListSolution {
public:
    //双指针迭代法
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        //利用双指针迭代
        ListNode* pre = nullptr;
        ListNode* cur = head;
        ListNode* temp = new ListNode();
        while (cur) {

            temp = cur->next;
            cur->next = pre;
            pre = cur;
            cur = temp;
        }
        return pre;
    }

    //递归方法1
    ListNode* reverseList2(ListNode* head) {
        //递推公式reverseList2的含义是：把拿到的链表进行反转，然后返回新的头结点newHead
       
        if (!head || !head->next) {
            return head;  //newHead在这呢我吐了
        }
        ListNode* newHead = reverseList2(head->next);
        //使用递归函数，一直递归到链表的最后一个结点，该结点就是反转后的头结点，记作 retret .
        //此后，每次函数在返回的过程中，让当前结点的下一个结点的 next 指针指向当前节点。
        //同时让当前结点的 next 指针指向 NULL ，从而实现从链表尾部开始的局部反转
        //当递归函数全部出栈后，链表反转完成。



        head->next->next = head;
        head->next = nullptr;
        return newHead; 
        
    }

    //递归方法2
    ListNode* reverse(ListNode* pre, ListNode* cur) {
        if (cur == NULL) return pre;
        ListNode* temp = cur->next;
        cur->next = pre;
        // 可以和双指针法的代码进行对比，如下递归的写法，其实就是做了这两步
        // pre = cur;
        // cur = temp;
        return reverse(cur, temp);
    }

    ListNode* reverseList3(ListNode* head) {
        // 和双指针法初始化是一样的逻辑
        // ListNode* cur = head;
        // ListNode* pre = NULL;
        return reverse(NULL, head);

    }
};

两两交换列表中的节点

给定一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后的链表。

不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际的进行节点交换。

第一第二个节点换位，第三第四个节点换位，...，末尾只剩一个节点的话和自己换。

依次安排好cur->next、cur->next->next、cur->next->next->next，最后更新cur向后移两位

ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
    ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
    dummyHead->next = head;
    ListNode* cur = dummyHead;
    while(cur->next != nullptr && cur->next->next != nullptr){
        ListNode* tmp1 = cur->next;
        ListNode* tmp2 = cur->next->next->next;

        cur->next = tmp1->next;
        cur->next->next = tmp1;
        cur->next->next->next = tmp2;

        cur = cur->next->next;
    }
    return dummyHead->next;
}

删除链表的倒数第n个节点

给一个链表，删除链表的倒数第 n 个结点，并且返回链表的头结点。

进阶：尝试使用一趟扫描实现。

使用快慢指针，如果要删除的节点在中间，当快指针指向结尾的null时候，慢指针与快指针相隔n+1个节点，把慢指针slow->next删除即可

class Solution {
public:
    ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
        dummyHead->next = head;
        ListNode* fast = dummyHead;
        ListNode* slow = dummyHead;
        while(n-- && fast != nullptr){
            fast = fast->next;
        }
        fast = fast->next;
        while(fast != nullptr){
            slow = slow->next;
            fast = fast->next;
        }
        slow->next = slow->next->next;
        return dummyHead->next;
    }
};

两个链表求交

不是值相同就是有交集，而是指针相同，是一个区域

解答：两个跑速一样的人在不同长短的跑道里跑，怎么才能让他们遇见？不断交换他们的跑道

根据快慢法则，走的快的一定会追上走得慢的。
在这道题里，有的链表短，他走完了就去走另一条链表，我们可以理解为走的快的指针。
那么，只要其中一个链表走完了，就去走另一条链表的路。如果有交点，他们最终一定会在同一个位置相遇ListNode* getIntersectionNode(ListNode* headA, ListNode* headB) {

//https://leetcode-cn.com/problems/liang-ge-lian-biao-de-di-yi-ge-gong-gong-jie-dian-lcof/
    //双指针  迭代    需要说明的是，这道题的限制  如果有相遇   那么在相遇之后两个链表肯定是一样的  同跑道
    //方法1  k神的奇思妙想    两个跑速一样的人在不同长短的跑道里跑，怎么才能让他们遇见，不断交换他们的跑道
    ListNode* A = headA, * B = headB;
    while (A != B) {//当没有相遇时候，会得到A->null == null<-B
        A = A != nullptr ? A->next : headB;
        B = B != nullptr ? B->next : headA;

    }
    return A;

}

环形链表

这道题目，不仅考察对链表的操作，而且还需要一些数学运算。

主要考察两知识点：

判断链表是否环
如果有环，如何找到这个环的入口

那么如何判断链表是否有环呢？使用快慢指针：

定义 fast 和 slow 指针，从头结点出发，fast指针每次移动两个节点，slow指针每次移动一个节点，如果 fast 和 slow指针在途中相遇，说明这个链表有环。

而且一定在环中相遇

假设链表有环，那么如何确定环的入口呢？

不那么严格地说，环内的节点都有可以是环的入口节点，只要设置快慢指针，那么如果有环，相遇的结点可以当作环的入口节点。但是一般求入口就是求链上环的入口

注意：

第一次相遇，slow的步数一定是x+y 而不是 x+y+n(y+z)

理解见卡哥全网最详细解释：代码随想录 (programmercarl.com)

    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        ListNode* fast = head;
        ListNode* slow = head;
        while(fast != NULL && fast->next != NULL){
            fast = fast->next->next;
            slow = slow->next;
            if(fast == slow){
                //如果相遇了  从head到相遇点之间，查找那个严格意义上的入口节点 设置xyz计算一下
                ListNode* node1 = fast;
                ListNode* node2 = head;
                while(node1 != node2){
                    node1 = node1->next;
                    node2 = node2->next;
                }
                return node1;
            }
        }

        
        return NULL;
    }

参考：代码随想录 (programmercarl.com)

posted @ 2022-01-28 15:54 PiaYie 阅读(104) 评论(0) 编辑收藏举报

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