代码随想录day4 | LeetCode24. 两两交换链表中的节点、LeetCode19. 删除链表的倒数第 N 个结点、LeetCode02.07. 链表相交、LeetCode142. 环形链表Ⅱ

代码随想录day4 | LeetCode24. 两两交换链表中的节点、LeetCode19. 删除链表的倒数第 N 个结点、LeetCode02.07. 链表相交、LeetCode142. 环形链表Ⅱ

两两交换链表中的节点

题目链接：LeetCode24. 两两交换链表中的节点

自己敲

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0,head);
        if(head==nullptr)   return nullptr;
        if(head->next==nullptr) return head;
        ListNode* p = dummyHead, *q = head->next;//由于这里访问了head->next，在访问之前要确保head不为空
        while(1){
            p->next = q;
            p = head;
            if(q == nullptr){
                head = nullptr;
            }else{
                head = q->next;
            }
            q->next = p;
            if(head == nullptr){//在访问
                p->next = nullptr;//在访问head->next之前要确保head不为空
                break;
            }
            q = head->next;
        }
        return dummyHead->next;
    }
};

虽然通过了，但是在敲代码过程中，各种空指针访问报错，缝缝补补，代码逻辑很乱

缝缝补补tips：

• 自己写包含特殊情况的测试用例，本题中head=[],head=[1]就是特殊情况
• 一定要画图方便理清逻辑（这其实是一种偷懒的办法，不想占用大脑那么多缓存，减少脑力消耗）

看题解

链接

初始时，cur指向虚拟头结点，然后进行如下三步：

操作之后，链表如下：

看这个可能就更直观一些了：

• 题解的逻辑和我的逻辑在步骤三处略有区别，很显然题解这种逻辑更好

仔细体会：

• 题解逻辑相当于我交换时仅考虑当前这两个结点是什么样子，至于交换后的结点（图中1号结点）应该连接3号还是4号，先不管
• 此时对于下一轮循环（交换3，4号结点的那一轮循环），1号结点相当于虚头结点，这样逻辑和第一轮循环一模一样

代码如下

class Solution {
public:
    ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0); // 设置一个虚拟头结点
        dummyHead->next = head; // 将虚拟头结点指向head，这样方便后面做删除操作
        ListNode* cur = dummyHead;
        while(cur->next != nullptr && cur->next->next != nullptr) {
            ListNode* tmp = cur->next; // 记录临时节点
            ListNode* tmp1 = cur->next->next->next; // 记录临时节点

            cur->next = cur->next->next;    // 步骤一
            cur->next->next = tmp;          // 步骤二
            cur->next->next->next = tmp1;   // 步骤三

            cur = cur->next->next; // cur移动两位，准备下一轮交换
        }
        ListNode* result = dummyHead->next;
        delete dummyHead;
        return result;
    }
};

总结

• 再次体会虚头结点作用（可以使得每次操作逻辑相同，进而可以通过循环解决问题）

  • 虚头结点是为了使每轮循环逻辑一样，在自己推导逻辑时，推导第二轮循环时，思考一下当前循环的“虚头结点”

• 针对要分析逻辑的题目，最好画图，推导2-3轮循环，在推导过程中注意虚头结点的作用（既然可以作为循环，每轮逻辑应该一样，每轮都应该有自己的“虚头结点”）

• cur = cur->next->next; // cur移动两位，准备下一轮交换是每轮循环连接条件（通过什么手段使下一次操作和上一次操作代码一样）

删除链表的倒数第N个节点

题目链接：LeetCode19. 删除链表的倒数第 N 个结点

自己敲

最直接想法：先遍历得到链表长度，再遍历删除指定位置结点

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0,head);//dummyHead->val用来保存链表长度
        ListNode* p = dummyHead;
        while(p->next!=nullptr){
            dummyHead->val++;//放在p=p->next之前，代码逻辑更好读（while循环就是多次if判断）
            p=p->next;
        }
        p = dummyHead;
        while(p->next!=nullptr){
            if(dummyHead->val==n){//此时p指向待删除结点的前一身位
                p->next = p->next->next;
                break;
            }
            dummyHead->val--;//此时dummyHead->val用来配合p指针，找到待删除结点的前一身位
            p = p->next;
        }
        return dummyHead->next; 
    }
};

未能尝试使用一趟扫描实现-_-

看题解

链接

双指针的经典应用，如果要删除倒数第n个节点，让fast移动n步，然后让fast和slow同时移动，直到fast指向链表末尾。删掉slow所指向的节点就可以了。

• 定义fast指针和slow指针，初始值为虚拟头结点，如图：

• fast首先走n + 1步 ，为什么是n+1呢，因为只有这样同时移动的时候slow才能指向删除节点的上一个节点（方便做删除操作）（画个图很清楚），如图：

• fast和slow同时移动，直到fast指向末尾，如题：

• 删除slow指向的下一个节点，如图：

代码如下

class Solution {
public:
    ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
        dummyHead->next = head;
        ListNode* slow = dummyHead;
        ListNode* fast = dummyHead;
        while(n-- && fast != NULL) {
            fast = fast->next;
        }
        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
        while (fast != NULL) {
            fast = fast->next;
            slow = slow->next;
        }
        slow->next = slow->next->next; 
        
        // ListNode *tmp = slow->next;  C++释放内存的逻辑
        // slow->next = tmp->next;
        // delete tmp;
        
        return dummyHead->next;
    }
};

总结

• 我为什么没分析出来：

  • 我想着怎么先同时遍历再给其中一个指针附加额外条件
  • 题解是先给一个指针附加额外条件，再同时遍历

• 有时思考问题不妨换过来想，既然想不通无法在循环后附加额外条件，那么能否先附加额外条件再循环

链表相交

题目链接：LeetCode面试题 02.07. 链表相交

自己敲

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {
        ListNode* p = headA, *q = headB;
        int countA=0, countB=0;
        while(p!=nullptr){
            countA++;
            p = p->next;
        }
        while(q!=nullptr){
            countB++;
            q = q->next;
        }
        //让p指向长链表,countA为长链表长度
        if(countA>=countB){
            p = headA;
            q = headB;
        }else{
            int tmp = countA;
            countA = countB;
            countB = tmp;
            p = headB;
            q = headA;
        }
        int count = countA - countB;
        while(p!=nullptr&&count--){
            p = p->next;
        }
        while(p!=nullptr&&p->val!=q->val){
            p = p->next;
            q = q->next;
            count++;
        }
        if(count==countB){
            return nullptr;
        }else{
            return p;
        }

    }
};

不明白为什么错了

看题解

链接

求两个链表交点节点的指针。 交点不是数值相等，而是指针相等。

为了方便举例，假设节点元素数值相等，则节点指针相等。

看如下两个链表，目前curA指向链表A的头结点，curB指向链表B的头结点：

我们求出两个链表的长度，并求出两个链表长度的差值，然后让curA移动到，和curB 末尾对齐的位置，如图：

此时我们就可以比较curA和curB是否相同，如果不相同，同时向后移动curA和curB，如果遇到curA == curB，则找到交点。

否则循环退出返回空指针。

class Solution {
public:
    ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {
        ListNode* curA = headA;
        ListNode* curB = headB;
        int lenA = 0, lenB = 0;
        while (curA != NULL) { // 求链表A的长度
            lenA++;
            curA = curA->next;
        }
        while (curB != NULL) { // 求链表B的长度
            lenB++;
            curB = curB->next;
        }
        curA = headA;
        curB = headB;
        // 让curA为最长链表的头，lenA为其长度
        if (lenB > lenA) {
            swap (lenA, lenB);
            swap (curA, curB);
        }
        // 求长度差
        int gap = lenA - lenB;
        // 让curA和curB在同一起点上（末尾位置对齐）
        while (gap--) {
            curA = curA->next;
        }
        // 遍历curA 和 curB，遇到相同则直接返回
        while (curA != NULL) {
            if (curA == curB) {
                return curA;
            }
            curA = curA->next;
            curB = curB->next;
        }
        return NULL;
    }
};

交点不是数值相等，而是指针相等

所以我代码中

        while(p!=nullptr&&p->val!=q->val){
            p = p->next;
            q = q->next;
            count++;
        }

循环条件应改为

while(p!=nullptr && p!=q)

总结

题目中给的示例，数字不是值，而是表示一个结点，数字相等指的是指针相等（内存指向同一块空间）

环形链表II

题目链接：LeetCode142. 环形链表 II

自己敲

• 之前学数据结构如果判断循环队列，采用快慢指针（当快慢指针从同一起点出发，只有当路线成环时，慢指针和快指针才能相遇）

• 但相遇点和成环点有什么数学关系没推导出来

半成品代码如下：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        ListNode* fast = head, *slow = head;
        while(fast!=slow&&fast!=nullptr){
            if(fast->next==nullptr) return -1;//防止下面一行空指针访问
            fast = fast->next->next;
            slow = slow->next;
        }
        
    }
};

看题解

链接

主要考察两知识点：

• 判断链表是否环
• 如果有环，如何找到这个环的入口

判断链表是否有环

可以使用快慢指针法，分别定义 fast 和 slow 指针，从头结点出发，fast指针每次移动两个节点，slow指针每次移动一个节点，如果 fast 和 slow指针在途中相遇 ，说明这个链表有环。

为什么fast 走两个节点，slow走一个节点，有环的话，一定会在环内相遇呢，而不是永远的错开呢

（想象一个场景，你跑圈的时候跑的很快，但是由于跑的是圈，所以你会追上跑得慢的，懂这个场景的下面灰色部分可以不看了）

首先第一点：fast指针一定先进入环中，如果fast指针和slow指针相遇的话，一定是在环中相遇，这是毋庸置疑的。

那么来看一下，为什么fast指针和slow指针一定会相遇呢？

可以画一个环，然后让 fast指针在任意一个节点开始追赶slow指针。

会发现最终都是这种情况

因为fast是走两步，slow是走一步，其实相对于slow来说，fast是一个节点一个节点的靠近slow的，所以fast一定可以和slow重合。

动画如下：

如果有环，如何找到这个环的入口

此时已经可以判断链表是否有环了，那么接下来要找这个环的入口了。

假设从头结点到环形入口节点 的节点数为x。 环形入口节点到 fast指针与slow指针相遇节点 节点数为y。 从相遇节点 再到环形入口节点节点数为 z。 如图所示：

那么相遇时： slow指针走过的节点数为: x + y， fast指针走过的节点数：x + y + n (y + z)，n为fast指针在环内走了n圈才遇到slow指针， （y+z）为 一圈内节点的个数A。

因为fast指针是一步走两个节点，slow指针一步走一个节点， 所以 fast指针走过的节点数 = slow指针走过的节点数 * 2：

(x + y) * 2 = x + y + n (y + z)

两边消掉一个（x+y）: x + y = n (y + z)

因为要找环形的入口，那么要求的是x，因为x表示 头结点到 环形入口节点的的距离。

所以要求x ，将x单独放在左面：x = n (y + z) - y ,

再从n(y+z)中提出一个 （y+z）来，整理公式之后为如下公式：x = (n - 1) (y + z) + z 注意这里n一定是大于等于1的，因为 fast指针至少要多走一圈才能相遇slow指针。

这个公式说明什么呢？

先拿n为1的情况来举例，意味着fast指针在环形里转了一圈之后，就遇到了 slow指针了。

当 n为1的时候，公式就化解为 x = z，

这就意味着，从头结点出发一个指针，从相遇节点 也出发一个指针，这两个指针每次只走一个节点， 那么当这两个指针相遇的时候就是 环形入口的节点。

也就是在相遇节点处，定义一个指针index1，在头结点处定一个指针index2。

让index1和index2同时移动，每次移动一个节点， 那么他们相遇的地方就是 环形入口的节点。

动画如下：

那么 n如果大于1是什么情况呢，就是fast指针在环形转n圈之后才遇到 slow指针。

其实这种情况和n为1的时候 效果是一样的，一样可以通过这个方法找到 环形的入口节点，只不过，index1 指针在环里 多转了(n-1)圈，然后再遇到index2，相遇点依然是环形的入口节点。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        ListNode* fast = head;
        ListNode* slow = head;
        while(fast != NULL && fast->next != NULL) {
            slow = slow->next;
            fast = fast->next->next;
            // 快慢指针相遇，此时从head 和 相遇点，同时查找直至相遇
            if (slow == fast) {
                ListNode* index1 = fast;
                ListNode* index2 = head;
                while (index1 != index2) {
                    index1 = index1->next;
                    index2 = index2->next;
                }
                return index2; // 返回环的入口
            }
        }
        return NULL;
    }
};

总结

• 推导数学关系时，跳出代码思维，把它当作一道数学题来做
• 抓题中条件，包括自己设定的条件，从而得到数学表达式