算法刷题 -- 链表

算法刷题 -- 链表

虚拟头节点：操作可能涉及到头结点时使用

双指针：用来标记节点前后节点，实现链表倒置

快慢指针：找链表倒数第n个节点

1 虚拟头节点

题目来源：移除链表元素

给你一个链表的头节点 head 和一个整数 val ，请你删除链表中所有满足 Node.val == val 的节点，并返回 新的头节点 。

示例 1：

输入：head = [1,2,6,3,4,5,6], val = 6
输出：[1,2,3,4,5]

示例 2：

输入：head = [], val = 1
输出：[]

示例 3：

输入：head = [7,7,7,7], val = 7
输出：[]

提示：

列表中的节点数目在范围 [0, 104] 内
1 <= Node.val <= 50
0 <= val <= 50

解题：设置虚拟节点

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        if(head == null) {
             return head;
        }
        ListNode cur = head;
        //添加虚拟节点，删除可能涉及到头指针
        ListNode copy = new ListNode(-1, head);
        ListNode pre = copy;
        while(cur != null) {
            if(cur.val == val) {
                pre.next = cur.next;
                cur = cur.next;
            } else {
                pre = cur;
                cur = cur.next;
            }
        }
        return copy.next;
    }
}
/*class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        //不设置虚拟节点
        //要特别考虑头节点的val值情况
        while(head != null && head.val == val) {
            head = head.next;
        }
        //先循环在判断是否为空
        if(head == null) {
             return head;
        }
        ListNode cur = head;
        ListNode pre = head.next;
        while(cur != null) {
            if(cur.val == val) {
                pre.next = cur.next;
            } else {
                pre = cur;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return head;
    }
}*/

相似题目1：删除链表中的节点

请编写一个函数，使其可以删除某个链表中给定的（非末尾）节点。传入函数的唯一参数为 要被删除的点 。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
class Solution {
    public void deleteNode(ListNode node) {
        node.val = node.next.val;
        node.next = node.next.next;
    }
}

2 设计链表(待补充)

题目来源：707. 设计链表

设计链表的实现。您可以选择使用单链表或双链表。单链表中的节点应该具有两个属性：val 和 next。val 是当前节点的值，next 是指向下一个节点的指针/引用。如果要使用双向链表，则还需要一个属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点都是 0-index 的。

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。

示例：

MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
linkedList.addAtHead(1);
linkedList.addAtTail(3);
linkedList.addAtIndex(1,2);   //链表变为1-> 2-> 3
linkedList.get(1);            //返回2
linkedList.deleteAtIndex(1);  //现在链表是1-> 3
linkedList.get(1);            //返回3

提示：

• 所有val值都在 [1, 1000] 之内。
• 操作次数将在 [1, 1000] 之内。
• 请不要使用内置的 LinkedList 库。

3 反转链表

题目来源：206. 反转链表

给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5]
输出：[5,4,3,2,1]

示例 2：

输入：head = [1,2]
输出：[2,1]

示例 3：

输入：head = []
输出：[]

提示：

• 链表中节点的数目范围是 [0, 5000]
• -5000 <= Node.val <= 5000

解题思路：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode a = null;
        ListNode b = head;
        if(b == null) {
            return b;
        }
        if(b.next == null) {
            return head;
        }
        ListNode c = b.next;
        while(c.next!=null) {
            b.next = a;
            a = b;
            b = c;
            c = c.next;
        }
        b.next = a;
        c.next = b;
        return c;
    }
}

相似题目：92. 反转链表 II

给你单链表的头指针 head 和两个整数 left 和 right ，其中 left <= right 。请你反转从位置 left 到位置 right 的链表节点，返回 反转后的链表 。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5], left = 2, right = 4
输出：[1,4,3,2,5]

示例 2：

输入：head = [5], left = 1, right = 1
输出：[5]

提示：

• 链表中节点数目为 n
• 1 <= n <= 500
• -500 <= Node.val <= 500
• 1 <= left <= right <= n

解题：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode reverseBetween(ListNode head, int left, int right) {
        /* 
        特殊情况：
        1、left == right，不用倒置操作，直接返回链表
        2、left位置指向链表head(left==1)，在倒置结束后，直接让head指向倒置后第一个节点
        */
        if(left == right) {
            return head;
        }
        // 遍历链表，获得left位置处节点以及left位置前一个节点
        ListNode leftNode = null, leftPreNode = null;
        ListNode temp = head;
        if(left == 1) {
            leftPreNode = null;
            leftNode = head;
        }
        for(int i=1;i<left;i++) {
            if(i+1 == left) {
                leftPreNode = temp;
                leftNode = temp.next;
            }
            temp = temp.next;
        }
        // left位置到right位置节点进行倒置
        ListNode pre = null,aft = leftNode.next;
        temp = leftNode; 
        while(left <= right) {
            temp.next = pre;
            pre = temp;
            temp = aft;
            if(aft != null) {
                aft = aft.next;
            }
            left++;
        }
        // 倒置后temp指向right+1位置节点，pre指向right位置节点
        // head -> leftPreNode -> pre -> leftNode -> temp
        //                       (====倒置部分====) 
        leftNode.next = temp;
        // 特殊情况：判断
        if(leftPreNode != null) {
            leftPreNode.next = pre;
        }else {
            head = pre;
        }
        return head;
    }
}

4 两两交换链表中节点

题目来源：24. 两两交换链表中的节点

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。

你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。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4]
输出：[2,1,4,3]

示例 2：

输入：head = []
输出：[]

示例 3：

输入：head = [1]
输出：[1]

提示：

• 链表中节点的数目在范围 [0, 100] 内
• 0 <= Node.val <= 100

进阶：你能在不修改链表节点值的情况下解决这个问题吗?（也就是说，仅修改节点本身。）

解题思路：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        if(head == null || head.next == null) {
            return head;
        }
        // 虚拟头节点
        ListNode virHead = new ListNode(-1, head);
        ListNode pre = virHead;
        ListNode cur1, cur2;
        // 短路与判断，防止链表溢出
        while(pre.next != null && pre.next.next != null) {
            cur1 = pre.next;
            cur2 = cur1.next;
            cur1.next = cur2.next;
            pre.next = cur2;
            cur2.next = cur1;
            pre = cur1;
        }
        return virHead.next;
    }
}

相似题目：25. K 个一组翻转链表 (待解决)

给你一个链表，每 k 个节点一组进行翻转，请你返回翻转后的链表。

k 是一个正整数，它的值小于或等于链表的长度。

如果节点总数不是 k 的整数倍，那么请将最后剩余的节点保持原有顺序。

进阶：

你可以设计一个只使用常数额外空间的算法来解决此问题吗？
你不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际进行节点交换。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5], k = 2
输出：[2,1,4,3,5]

示例 2：

输入：head = [1,2,3,4,5], k = 3
输出：[3,2,1,4,5]

示例 3：

输入：head = [1,2,3,4,5], k = 1
输出：[1,2,3,4,5]

示例 4：

输入：head = [1], k = 1
输出：[1]

提示：

• 列表中节点的数量在范围 sz 内
• 1 <= sz <= 5000
• 0 <= Node.val <= 1000
• 1 <= k <= sz

5 删除链表倒数第n个节点

题目来源：19. 删除链表的倒数第 N 个结点

给你一个链表，删除链表的倒数第 n 个结点，并且返回链表的头结点。

进阶：你能尝试使用一趟扫描实现吗？

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5], n = 2
输出：[1,2,3,5]

示例 2：

输入：head = [1], n = 1
输出：[]

示例 3：

输入：head = [1,2], n = 1
输出：[1]

提示：

• 链表中结点的数目为 sz
• 1 <= sz <= 30
• 0 <= Node.val <= 100
• 1 <= n <= sz

解题思路：快慢指针

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
        if(head.next == null) {
            return null;
        }
        ListNode virHead = new ListNode(-1, head);
        // 设置快慢指针
        ListNode fast = virHead, slow = head, preSlow = virHead;
        int num = 1;
        while(num <= n) {
            fast = fast.next;
            num++;
        }
        while(fast.next != null) {
            fast = fast.next;
            preSlow = slow;
            slow = slow.next;
        }
        if(slow.next != null) {
            preSlow.next = slow.next;
        } else {
            preSlow.next = null;
        }
        return virHead.next;
    }
}

6 链表相交

题目来源：面试题 02.07. 链表相交

给定两个（单向）链表，判定它们是否相交并返回交点。请注意相交的定义基于节点的引用，而不是基于节点的值。换句话说，如果一个链表的第k个节点与另一个链表的第j个节点是同一节点（引用完全相同），则这两个链表相交。

示例 1：

输入：intersectVal = 8, listA = [4,1,8,4,5], listB = [5,0,1,8,4,5], skipA = 2, skipB = 3
输出：Reference of the node with value = 8
输入解释：相交节点的值为 8 （注意，如果两个列表相交则不能为 0）。从各自的表头开始算起，链表 A 为 [4,1,8,4,5]，链表 B 为 [5,0,1,8,4,5]。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。

示例 2：

输入：intersectVal = 2, listA = [0,9,1,2,4], listB = [3,2,4], skipA = 3, skipB = 1
输出：Reference of the node with value = 2
输入解释：相交节点的值为 2 （注意，如果两个列表相交则不能为 0）。从各自的表头开始算起，链表 A 为 [0,9,1,2,4]，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
输入解释：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。
解释：这两个链表不相交，因此返回 null。

注意：

• 如果两个链表没有交点，返回 null 。
• 在返回结果后，两个链表仍须保持原有的结构。
• 可假定整个链表结构中没有循环。
• 程序尽量满足 O(n) 时间复杂度，且仅用 O(1) 内存。

解题思路：尾节点对齐，节点指针相同，而非节点值相同

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    // 输入两个链表
    public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
        ListNode copyA = headA, copyB = headB;
        int numA = 0, numB = 0;
        while(copyA != null) { 
            numA++;
            copyA = copyA.next;
        }
        while(copyB != null) { 
            numB++;
            copyB = copyB.next;
        }
        copyA = headA;
        copyB = headB;
        if(numA >= numB) {
            while(numA - numB != 0) {
                copyA = copyA.next;
                numA--;
            }
        } else {
            while(numA - numB != 0) {
                copyB = copyB.next;
                numB--;
            }
        }
        while(copyA != null) {
            if(copyA == copyB) {
                //System.out.println("Reference of the node with value = "+copyA.val);
                return copyA;
            }
            copyA = copyA.next;
            copyB = copyB.next;
        }
        return null;
    }
}

7 环形链表

题目来源：142. 环形链表 II

给定一个链表，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 null。

为了表示给定链表中的环，我们使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。 如果 pos 是 -1，则在该链表中没有环。注意，pos 仅仅是用于标识环的情况，并不会作为参数传递到函数中。

说明：不允许修改给定的链表。

进阶：

• 你是否可以使用 O(1) 空间解决此题？

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：返回索引为 1 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

示例 2：

输入：head = [1,2], pos = 0
输出：返回索引为 0 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。

示例 3：

输入：head = [1], pos = -1
输出：返回 null
解释：链表中没有环。

提示：

• 链表中节点的数目范围在范围 [0, 104] 内
• -105 <= Node.val <= 105
• pos 的值为 -1 或者链表中的一个有效索引

解决方案：快慢指针leetcode-master/0142.环形链表II.md at master · youngyangyang04/leetcode-master (github.com)

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        ListNode fast = head, slow = head;
        while(fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            if(slow == fast) {
                slow = head;
                while(slow != fast) {
                    slow = slow.next;
                    fast = fast.next;
                }
                return slow;
            }
        }
        return null;
    }
}

相似题目：287. 寻找重复数

给定一个包含 n + 1 个整数的数组 nums ，其数字都在 1 到 n 之间（包括 1 和 n），可知至少存在一个重复的整数。

假设 nums 只有 一个重复的整数 ，找出 这个重复的数 。

你设计的解决方案必须不修改数组 nums 且只用常量级 O(1) 的额外空间。

示例 1：

输入：nums = [1,3,4,2,2]
输出：2

示例 2：

输入：nums = [3,1,3,4,2]
输出：3

示例 3：

输入：nums = [1,1]
输出：1

示例 4：

输入：nums = [1,1,2]
输出：1

提示：

• 1 <= n <= 105
• nums.length == n + 1
• 1 <= nums[i] <= n
• nums 中 只有一个整数 出现 两次或多次 ，其余整数均只出现 一次

进阶：

• 如何证明 nums 中至少存在一个重复的数字?
• 你可以设计一个线性级时间复杂度 O(n) 的解决方案吗？

解题思路：快慢指针

class Solution {
    public int findDuplicate(int[] nums) {
        int fast = 0, slow = 0 ;
        do {
            slow = nums[slow];
            fast = nums[nums[fast]];
        } while(fast != slow);
        slow = 0;
        while(fast != slow) {
            slow = nums[slow];
            fast = nums[fast];
        }
        return fast;
    }
}