本系列总计六篇文章,是 基于STL实现的笔试题常考七大基本数据结构 该文章在《代码随想录》和《labuladong的算法笔记》题目中的具体实践,每篇的布局是这样的:开头是该数据结构的总结,然后是在不同场景的应用,以及不同的算法技巧。本文是系列第二篇,介绍了链表的相关题目,重点是要掌握快慢、左右双指针算法,以及涉及插入、删除时,为了统一操作逻辑,要引入虚拟头节点。
下面文章是在《代码随想录》和《labuladong的算法笔记》题目中的具体实践:
【笔记】数组
【笔记】链表
【笔记】哈希表
【笔记】字符串
【笔记】栈与队列
【笔记】二叉树
0、总结
- 双指针,同步双指针,左右双指针,快慢双指针
- 虚拟头节点:凡是涉及对链表的插入、删除擦操作,均需要构建虚拟头节点,不然需要单独写处理头节点的逻辑。修改和查询不需要。设立虚拟节点还可以在开头省略对于链表头是否为空的判断。
1、不需要双指针
203. 移除链表元素 - 力扣(LeetCode)
思路:设立虚拟头节点,但应返回真实的头节点。最好手动delete被删除的节点,而不是仅仅改变指针。仅使用额外的一个指针cur即可解决。
注意:代码逻辑中有cur->next->next,那么while中必须判断cur->next不为空
class Solution {
public:
ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
ListNode* dummyHead = new ListNode(-1, head);
ListNode* cur = dummyHead;
while (cur->next != nullptr) {
if (cur->next->val == val) {
ListNode* tmp = cur->next;
cur->next = cur->next->next;
delete tmp;
} else {
cur = cur->next;
}
}
// 不加这两行相当于没修改
head = dummyHead->next;
delete dummyHead;
return head;
}
};
2、双指针法
707. 设计链表 - 力扣(LeetCode)
这题debug到心力交瘁…
思路:此题包含了所有增删改查操作,参数有index的需要先判断index合理性
- 获取第index节点数值,cur不需要指向dummyHead,直接指向第一个真实节点
- 头插法,不需要cur
- 尾插法,cur初始化指向dummyHead
- 在index位置插入,cur初始化指向dummyHead
- 删除index节点,cur初始化指向dummyHead
class MyLinkedList {
public:
// 定义链表节点结构体
struct LinkedNode {
int val;
LinkedNode* next;
LinkedNode(int val):val(val), next(nullptr){}
};
// 初始化链表
MyLinkedList() {
_dummyHead = new LinkedNode(0); // 这里定义的头结点 是一个虚拟头结点,而不是真正的链表头结点
_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 > (_size - 1) || index < 0) {
return -1;
}
LinkedNode* cur = _dummyHead->next;
while (index--){ // 如果--index 就会陷入死循环
cur = cur->next;
}
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) {
LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
newNode->next = _dummyHead->next;
_dummyHead->next = newNode;
_size++;
}
// 在链表最后面添加一个节点
void addAtTail(int val) {
LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
LinkedNode* cur = _dummyHead;
while (cur->next != nullptr){
cur = cur->next;
}
cur->next = newNode;
_size++;
}
// 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
// 如果index小于0,则置为0,作为链表的新头节点。
void addAtIndex(int index, int val) {
if (index > _size || index < 0) {
return;
}
LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
LinkedNode* cur = _dummyHead;
while (index--) {
cur = cur->next;
}
newNode->next = cur->next;
cur->next = newNode;
_size++;
}
// 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 deleteAtIndex(int index) {
if (index >= _size || index < 0) {
return;
}
LinkedNode* cur = _dummyHead;
while (index--) {
cur = cur ->next;
}
LinkedNode* tmp = cur->next;
cur->next = cur->next->next;
delete tmp;
_size--;
}
// 打印链表
void printLinkedList() {
LinkedNode* cur = _dummyHead;
while (cur->next != nullptr) {
cout << cur->next->val << " ";
cur = cur->next;
}
cout << endl;
}
private:
int _size;
LinkedNode* _dummyHead;
};
206. 反转链表 - 力扣(LeetCode)
迭代法思路:利用双指针cur,pre,循环中再来个next记录下一个位置,四行代码解决
class Solution {
public:
ListNode* reverseList(ListNode* head) {
ListNode* pre = nullptr;
ListNode* cur = head;
while (cur != nullptr) {
ListNode* tmp = cur->next;
cur->next = pre;
pre = cur;
cur = tmp;
}
return pre;
}
};
递归法思路:把第一个节点看作head,剩下所有节点的集合看作node,每次只考虑这两个节点的翻转
class Solution {
public:
ListNode* reverseList(ListNode* head) {
if (head == NULL || head->next == NULL) {
return head;
}
// 递归调用,当前节点后面所有节点已翻转好,它们的集合是node
ListNode* node = reverseList(head->next);
// 现在只考虑当下head、node两个节点的反转
head->next->next = head;
head->next = NULL;
return node;
}
};
24. 两两交换链表中的节点 - 力扣(LeetCode)
思路:利用双指针,进行模拟,每次操作以下三个步骤
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-VkOoDSyh-1670557984720)(https://code-thinking.cdn.bcebos.com/pics/24.%E4%B8%A4%E4%B8%A4%E4%BA%A4%E6%8D%A2%E9%93%BE%E8%A1%A8%E4%B8%AD%E7%9A%84%E8%8A%82%E7%82%B91.png)]
class Solution {
public:
ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
if (head == nullptr || head->next == nullptr) return head;
ListNode* dummyHead = new ListNode(-1, head);
ListNode* cur = dummyHead;
// 将要翻转的两个位置不能为空
while (cur->next != nullptr && cur->next->next != nullptr) {
// 保存位置
ListNode* tmp1 = cur->next;
ListNode* tmp2 = cur->next->next->next;
cur->next = cur->next->next; // 步骤1
cur->next->next = tmp1; // 步骤2
cur->next->next->next = tmp2; // 步骤3
cur = cur->next->next;
}
return dummyHead->next;
}
};
25. K 个一组翻转链表 - 力扣(LeetCode)
思路:206题从头到尾翻转,24题每两个一组翻转,很自然地过渡到 k 个一组翻转。综合了迭代和递归思想的好题。
三步走
1、先反转以 head 开头的 k 个元素。
2、将第 k + 1 个元素作为 head 递归调用 reverseKGroup 函数。
3、将上述两个过程的结果连接起来。
reverse()
函数参考自反转链表的迭代版本,改成区间[a,b)的翻转。206题是从头到尾翻转,即翻转head到null区间内的链表。
reverseKGroup()
函数参考自迭代版本,每k个一组翻转并拼接,不足k个不反转
class Solution {
public:
// 1、先反转以 head 开头的 k 个元素。
// 2、将第 k + 1 个元素作为 head 递归调用 reverseKGroup 函数。
// 3、将上述两个过程的结果连接起来。
// 迭代反转链表,区间版本,原题目版本是head到null
ListNode* reverse(ListNode* a, ListNode* b) {
ListNode* pre = nullptr;
ListNode* cur = a;
while (cur != b) {
ListNode* tmp = cur->next;
cur->next = pre;
pre = cur;
cur = tmp;
}
return pre;
}
ListNode* reverseKGroup(ListNode* head, int k) {
if (head == nullptr) return nullptr;
// 区间 [a, b) 包含 k 个待反转元素
ListNode* a = head;
ListNode* b = head;
// 不能用while(k--),会改变 k 值,导致只能反转前k个节点
for (int i = 0; i < k; ++i) {
// 不足 k 个不需反转
if (b == nullptr) return head;
b = b->next;
}
// 反转前 k 个元素
ListNode* newHead = reverse(a, b);
// 递归反转后续链表并连接起来
a->next = reverseKGroup(b, k);
return newHead;
}
};
19. 删除链表的倒数第 N 个结点 - 力扣(LeetCode)
思路:快慢双指针,快指针先走 k 步,然后快慢指针一起走。快指针走到尾节点的时候,慢指针刚好指向要删除的指针的前一个节点。直接进行删除,记得手动delete
class Solution {
public:
ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
ListNode* dummyHead = new ListNode(-1, head);
ListNode* fast = dummyHead;
ListNode* slow = dummyHead;
while (n--)
fast = fast->next;
while (fast->next != nullptr) {
fast = fast->next;
slow = slow->next;
}
ListNode* tmp = slow->next;
slow->next = slow->next->next;
delete tmp;
return dummyHead->next;
}
};
面试题 02.07. 链表相交 - 力扣(LeetCode)
思路:双指针,每个指针遍历 A+B 长度,则交点必然出现在 A+B 长度遍历结束前。
class Solution {
public:
ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {
ListNode* pa = headA;
ListNode* pb = headB;
while (pa != pb) {
// 不空继续向后遍历,若空遍历另一链表,若有交点一定在A+B内相遇
pa = pa != NULL ? pa->next : headB;
pb = pb != NULL ? pb->next : headA;
}
return pa;
}
};
142. 环形链表 II - 力扣(LeetCode)
思路:双指针的快慢指针法,首先,若有环快慢指针必定环中相遇,其次,从相遇点和头节点出发的指针必定在入口相遇
注意:快指针需要判断,while的判断是 fast及其下一跳 均不空
class Solution {
public:
ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
ListNode* fast = head;
ListNode* slow = head;
// 若有环必定环中相遇,从相遇点和头出发的指针必定在入口相遇
// 一次走两步的指针需要双条件判断
while (fast != NULL && fast->next != NULL) {
fast = fast->next->next;
slow = slow->next;
if (fast == slow) {
ListNode* entry = head;
while (entry != slow) {
entry = entry->next;
slow = slow->next;
}
return entry;
}
}
return NULL;
}
};