代码随想录算法Day03| 链表理论基础 203.移除链表元素 707.设计链表 206.反转链表

链表理论基础

• 链表分为 单链表 ，双链表，循坏链表。
• 链表中的节点在内存中不是连续分布的 ，而是散乱分布在内存中的某地址上，分配机制取决于操作系统的内存管理。
• 链表的长度可以是不固定的，并且可以动态增删， 适合数据量不固定，频繁增删，较少查询的场景。

203.移除链表元素

题目链接: 203. 移除链表元素 - 力扣（LeetCode）

题目

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：[]

思路

在该题中只需要让节点next指针直接指向下下一个节点就可以了。

但要注意，如果移除的是头结点时该如何操作？

可以考虑两种方法

• 直接使用原来的链表来进行删除操作 
• 设置置一个虚拟头结点在进行删除操作

代码

采用虚拟头节点的方式

时间复杂度O(1)

空间复杂度O(n)

class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        if (head == null) {
            return head;
        }
        // 因为删除可能涉及到头节点，所以设置dummy节点，统一操作
        ListNode dummy = new ListNode(-1, head);
        ListNode pre = dummy; // 进行操作的节点
        ListNode cur = head; // 当前访问的节点
        while (cur != null) {
            if (cur.val == val) {
                pre.next = cur.next; //让节点next指针直接指向下下一个节点，
            } else {
                pre = cur; // 更新需要操作的节点
            }
            cur = cur.next; // 更新当前节点
        }
        return dummy.next;
    }
}

不添加虚拟节点的方式

时间复杂度O(1)

空间复杂度O(n)

class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        //确保头结点的val != val
        //当第一个节点等于 val 时，此时由于没有虚拟节点，无法移除第一个节点 
        //所以在前面要先确定第一个节点不等于val
        while(head != null && head.val == val){
            head = head.next;
        }

        if(head == null){
            return head;
        }
        //不添加虚拟节点
        ListNode pre = head;
        //确定头结点不为val
        ListNode cur = head.next;
        while(cur != null){
            if(cur.val == val){
                pre.next = cur.next;
            }else{
                pre = cur;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return head;
    }
}

不使用 虚拟节点 和 pre 节点 的方式

public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
    while(head!=null && head.val==val){
        head = head.next;
    }
    ListNode curr = head;
    while(curr!=null){
        while(curr.next!=null && curr.next.val == val){
            curr.next = curr.next.next;
        }
        curr = curr.next;
    }
    return head;
}

707.设计链表

 

题目链接: 707. 设计链表 - 力扣（LeetCode）

题目

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

思路

本题目考察对链表的常见操作。

设计一个 虚拟头节点 较容易解决。

代码

单链表

//单链表
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 MyLinkedList {
    //size存储链表元素的个数
    int size;
    //虚拟头结点
    ListNode head;

    //初始化链表
    public MyLinkedList() {
        size = 0;
        head = new ListNode(0);
    }

    //获取第index个节点的数值，注意index是从0开始的，第0个节点就是头结点
    public int get(int index) {
        //如果index非法，返回-1
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        ListNode currentNode = head;
        //包含一个虚拟头节点，所以查找第 index+1 个节点
        for (int i = 0; i <= index; i++) {
            currentNode = currentNode.next;
        }
        return currentNode.val;
    }

    //在链表最前面插入一个节点，等价于在第0个元素前添加
    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }

    //在链表的最后插入一个节点，等价于在(末尾+1)个元素前添加
    public void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(size, val);
    }

    // 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
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > size) {
            return;
        }
        if (index < 0) {
            index = 0;
        }

        size++;
        
        //找到要插入节点的前驱
        ListNode pred = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            pred = pred.next;
        }
        //插入节点
        ListNode toAdd = new ListNode(val);
        toAdd.next = pred.next;
        pred.next = toAdd;
    }

    //删除第index个节点
    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        size--;
        if (index == 0) {
            head = head.next;
        return;
        }
        ListNode pred = head;
        for (int i = 0; i < index ; i++) {
            pred = pred.next;
        }
        //删除节点
        pred.next = pred.next.next;
    }
}


/**
 * Your MyLinkedList object will be instantiated and called as such:
 * MyLinkedList obj = new MyLinkedList();
 * int param_1 = obj.get(index);
 * obj.addAtHead(val);
 * obj.addAtTail(val);
 * obj.addAtIndex(index,val);
 * obj.deleteAtIndex(index);
 */

双链表

 

206.反转链表 

题目链接: 206. 反转链表 - 力扣（LeetCode）

题目

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：[]

思路

改变链表的next指针的指向，直接将链表反转 ，而不用重新定义一个新的链表。

方法：双指针法 和 递归法。

代码

双指针法

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode prev = null;
        ListNode cur = head;
        ListNode temp = null;
        while (cur != null) {
            temp = cur.next; // 保存下一个节点
            cur.next = prev;
            prev = cur;
            cur = temp;
        }
        return prev;
    }
}