链表



单链表是一种数据结构，包含了一个节点序列，每个节点包含一个对象和链表中下一个节点的引用。

第一个节点被称为head，最后一个节点被称为tail，tail的下一个节点是null。

在双向链表中，每个节点都与它的前驱相连，相似地，一个哨兵节点或者一个自循环可以用来替代null。

链表原型代码：

template<typename T>

struct ListNode {

T data;

shared_ptr<ListNode<T>> next;

};

链表问题常常会有O(n)的空间复杂度的简单粗暴的解法，但是更精妙的解法就是运用已有的链表节点减小空间复杂度到O(1)。

通常来讲，链表的问题在概念上是很简单的，更多的是如何写出干净的代码，而不是如何去设计算法。

考虑用一个伪头指针（有时也叫哨兵）来避免对空链表的检验。这可以简化代码，还可以减少bug发生的可能性。

对于头指针和尾指针，很容易忘记更新next（和双向链表的previous）。

使用两个迭代器，会对单链表的算法操作非常有益，一个在另外一个前面，或者一个比另一个前进的更快。

很多与链表相关的面试问题都会要求我们自己写一个链表的类。

当我们操作C++自带的链表时，我们需要知道list和forward_list这两个类。

list类是一个双向链表，forward_list是一个单向链表。

常用双向链表list的函数：

list插入与删除是push_front(42)(或者emplace_front(42)), pop_front(), push_back()(或者emplace_back(), 和pop_back())。

splice(L1.end(), L2), reverse(), 和sort()函数和forward_list中的函数是类似的。

常用单向链表forward_list的函数：

插入与删除是push_front(42)(或者emplace_front(42)), pop_front(), insert_after(L.end(), 42)(或者emplace_after(L.end(), 42), 和erase_after(A.begin()))。

把元素从一个链表转移到另外一个链表用splice_after(L1.end(), L2)。

翻转元素的顺序用reverse()。

用sort()去给链表排序，会给自己省去很多痛苦。

链表相关问题：

1. 融合两个有序链表：

给定两个有序链表，返回它们的融合。唯一可以改变的是节点的next域。

提示：可以用两个索引来融合两个有序数组。对于链表来说，要考虑什么时候一个迭代器到达尾部。

2. 反转一个单子链表：

给定一个单链表L，和两个整数s和f作为实参，反转从第s个节点到第f个节点间（包括s和f）的节点顺序。数字从1开始，head节点就是第一个节点。不要开辟额外的节点。

提示：关注需要更新的后继域。

3. 测试循环性：

给定一个单链表的头结点，如果有循环则返回循环的开始节点，如果没有循环返回null。

提示：考虑运用两个迭代器，一个快一个慢。我们提前不知道链表的长度。

4. 测试重叠的链表（链表没有循环）：

给定两个没有循环的单链表，确定两个链表是否有公共节点。

提示：先处理简单的情况。

5. 测试重叠的链表（链表可能有循环）：

与问题4类似，两个链表中可能一个或者全部有循环。如果有这样重叠的节点存在，返回遍历节点时的第一个。

提示：根据情况分析。两个链表都有循环会怎么样？如果它们结束于一个公共的循环会怎么样？如果一个有循环另一个没有会怎么样？

6. 从单链表中删除一个节点：

从一个单链表中删除一个节点。输入的节点保证不是tail节点。

提示：不去删除这个节点，你能够通过删除它的后继，还能够实现功能吗？

7. 从链表中删除倒数第k个元素：

给定一个单链表和一个整数k，从链表中删除倒数第k个元素。

提示：如果你知道链表的长度，你能用两个迭代器找到倒数第k个节点吗。

8. 从有序链表中删除重复元素：

给定一个有序的整数链表，从中删除重复元素。之后链表应该是有序的。

提示：专注于需要更新的后继域。

9. 对单链表进行循环右移：

给定一个单链表和一个非负整数k，返回链表循环右移k位后的链表。

提示：这个问题和旋转数组有什么区别？

10. 实现奇偶融合：

提示：用临时的额外存储。

11. 测试一个单链表是否是回文的：

提示：如果能向前和向后同时遍历链表就会变得简单了。

12. 实现链表的pivoting：

给定一个单链表和一个整数k，对于k对立案表进行pivoting。k前面和后面的节点相对顺序不能变。key等于k的也是一样。

提示：独立地构建三个区域。

13. 基于链表的整数相加：

给定两个数字位单链表，返回它们代表的整数的和对应的链表。最低位出现在前面。

提示：首先先解决两个对应的数字位的和不会超过9的问题。