数据结构练习题4(链表)

1两两交换链表中的节点

给你一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后链表的头节点。你必须在不修改节点内部的值的情况下完成本题（即，只能进行节点交换）。

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

思路：

初始检查：如果链表为空或只有一个节点，直接返回。

创建虚拟头节点：使用一个虚拟头节点 dummy 来简化边界情况的处理。

循环交换节点对：在链表中继续交换每一对节点，直到没有更多的节点对（cur->next && cur->next->next 都不为空时）可以交换。开始时cur为与虚拟头结点位置

步骤一：cur->next 指向第二个节点。

步骤二：第二个节点的 next 指向第一个节点。

步骤三：第一个节点的 next 指向第三个节点。

移动到下一对节点的前一个节点：将 cur 移动到下一对节点的前一个节点。

代码：

struct ListNode* swapPairs(struct ListNode* head) {
    // 如果链表为空或只有一个节点，直接返回
    if (!head || !head->next) return head;

    struct ListNode dummy;  // 创建一个虚拟头节点
    dummy.next = head;
    struct ListNode* cur = &dummy;

    while (cur->next && cur->next->next) {
        struct ListNode* tmp = cur->next;         // 保存第一个节点
        struct ListNode* tmp1 = cur->next->next->next;  // 保存第二个节点的下一个节点

        cur->next = cur->next->next;    // 步骤一：cur->next 指向第二个节点
        cur->next->next = tmp;          // 步骤二：第二个节点的 next 指向第一个节点
        cur->next->next->next = tmp1;   // 步骤三：第一个节点的 next 指向第三个节点

        cur = cur->next->next;  // 移动到下一对节点的前一个节点
    }

    return dummy.next;  // 返回新的头节点
}

2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。

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

思路：

1. 创建虚拟头节点：使用 malloc 分配内存并创建一个虚拟头节点 dummy，其 val 为 0，next 指向实际的头节点 head。
2. 初始化快慢指针：fast 和 slow 都指向虚拟头节点。
3. 快指针先移动 n 步：通过循环，让 fast 指针先移动 n 步。
4. 快指针再移动一步：因为需要让slow指向删除节点的上一个节点
5. 同时移动快慢指针：继续移动 fast 和 slow 指针，直到 fast 指针到达链表末尾。此时，slow 指针指向的节点就是要删除的节点的前一个节点。
6. 删除节点：将 slow 的 next 指向 slow->next->next，从而删除目标节点。
7. 更新头节点：将 head 更新为 dummy->next。
8. 释放虚拟头节点：使用 free 释放虚拟头节点的内存空间。
9. 返回头节点：返回更新后的头节点 head。

代码：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
struct ListNode* removeNthFromEnd(struct ListNode* head, int n) {
    // 创建一个虚拟头节点，并初始化其值为0，next指向实际的头节点
    struct ListNode* dummy = malloc(sizeof(struct ListNode));
    dummy->val = 0;
    dummy->next = head;

    // 初始化快慢指针，都指向虚拟头节点
    struct ListNode* fast = dummy;
    struct ListNode* slow = dummy;

    // 快指针先向前移动n步
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        fast = fast->next;
    }

    // fast再提前走一步，因为需要让slow指向删除节点的上一个节点
    fast = fast->next;

    // 快慢指针同时移动，直到快指针到达链表末尾
    while (fast) {
        fast = fast->next;
        slow = slow->next;
    }

    // 删除慢指针的下一个节点（即倒数第n个节点）
    slow->next = slow->next->next;

    // 更新头节点（dummy是虚拟头节点，删除操作不会影响head）
    head = dummy->next;

    // 释放虚拟头节点的内存（注意：这里应该释放dummy，而不是释放dummy->next，因为dummy->next是实际的链表节点）
    free(dummy);

    // 返回更新后的头节点
    return head;
}

3链表相交

给你两个单链表的头节点 headA 和 headB ，请你找出并返回两个单链表相交的起始节点。如果两个链表没有交点，返回 null 。

图示两个链表在节点 c1 开始相交：

题目数据 保证 整个链式结构中不存在环。

注意，函数返回结果后，链表必须 保持其原始结构 。

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：Intersected at '8'
解释：相交节点的值为 8 （注意，如果两个链表相交则不能为 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：Intersected at '2'
解释：相交节点的值为 2 （注意，如果两个链表相交则不能为 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
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。
这两个链表不相交，因此返回 null 。

提示：

• listA 中节点数目为 m
• listB 中节点数目为 n
• 0 <= m, n <= 3 * 104
• 1 <= Node.val <= 105
• 0 <= skipA <= m
• 0 <= skipB <= n
• 如果 listA 和 listB 没有交点，intersectVal 为 0
• 如果 listA 和 listB 有交点，intersectVal == listA[skipA + 1] == listB[skipB + 1]

思路：

1. 初始化变量：定义 longList 和 shortList 用于存储长链表和短链表的头节点，lenA 和 lenB 用于存储两个链表的长度，gap 用于存储长度差。
2. 计算链表长度：通过遍历链表 headA 和 headB，分别计算它们的长度 lenA 和 lenB。
3. 确定长链表和短链表：通过比较 lenA 和 lenB，确定哪个是长链表，哪个是短链表，并计算长度差 gap。
4. 尾部对齐：将长链表 longList 移动 gap 步，使得两个链表的尾部对齐。
5. 同时移动并检查交点：同时移动 longList 和 shortList，检查是否有相同的节点。如果找到相同的节点，则返回该节点（即交点）。
6. 返回结果：如果没有找到交点，则返回 NULL。

代码：

struct ListNode *getIntersectionNode(struct ListNode *headA, struct ListNode *headB) {
    struct ListNode *longList = NULL, *shortList = NULL;
    int lenA = 0, lenB = 0, gap = 0;

    // 求出两个链表的长度
    shortList = headA;
    while (shortList) {
        lenA++;
        shortList = shortList->next;
    }

    shortList = headB;
    while (shortList) {
        lenB++;
        shortList = shortList->next;
    }

    // 确定长链表和短链表，并计算长度差
    if (lenA > lenB) {
        longList = headA;
        shortList = headB;
        gap = lenA - lenB;
    } else {
        longList = headB;
        shortList = headA;
        gap = lenB - lenA;
    }

    // 将长链表和短链表的尾部对齐
    while (gap--) {
        longList = longList->next;
    }

    // 同时移动长链表和短链表，检查是否有相同的节点
    while (longList) {
        if (longList == shortList) return longList; // 找到交点
        longList = longList->next;
        shortList = shortList->next;
    }

    // 没有找到交点
    return NULL;
}