链表
1. 理论基础
链表就是指针串联在一起的线性结构，每个节点有数据域和指针域。链接的入口节点称为链表的头结点也就是head。
链表的类型：
- 单链表
- 双链表：每个节点都有两个指针域，一个指向下一个节点，一个指向上一个节点。向前、后都可以查询。
- 循环链表：链表首尾相连。（可以解决约瑟夫环问题
链表在内存中不是连续分布的。
定义链表节点方式（做题会给出，但是自己要会写
public class ListNode {
int val;
ListNode next;
ListNode() {}
ListNode(int val) { this.val = val; }
ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
}
在做链表题时，最好都设置一个虚拟头节点来进行统一操作。
2. 移除链表元素
题目：给一个链表的头结点head和整数val，删除链表中等于给定值 val 的所有节点，并返回新的头结点。
题目分析：删除可能会涉及到头结点，所以可以设置一个虚拟节点来统一操作
class Solution {
public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
if(null == head){
return head;
}
//设置一个虚拟节点来进行统一操作
ListNode dummy = new ListNode(-1, head);
ListNode pre = dummy;
ListNode cur = head;
while(cur != null){
if(val == cur.val){
pre.next = cur.next;
}else{
pre = cur;
}
cur = cur.next;
}
return dummy.next; //这才是新的头结点
}
}
3. 设计链表
题目：链表实现一些基本功能。
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。
题目分析：自己选择设计单链表还是双链表。以下设置一个虚拟节点来统一操作。
class MyLinkedList {
//单链表
class ListNode{
int val;
ListNode next;
ListNode(){}
ListNode(int val){
this.val = val;
}
}
//size存储链表元素的个数
int size;
//虚拟头结点
ListNode head;
//初始化链表
MyLinkedList(){
size = 0;
head = new ListNode(0);
}
//获取第index个节点的数值
public int get(int index) {
//如果index非法，返回-1
if(index < 0 || index >= size){
return -1;
}
ListNode cur = head;
//包含一个虚拟头结点，所以查找第index + 1 个节点
for(int i = 0; i <= index; i++){
cur = cur.next;
}
return cur.val;
}
//在链表最前面插入一个节点
public void addAtHead(int val) {
addAtIndex(0, val);
}
//在链表最后插入一个节点
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 pre = head;
for(int i = 0; i < index; i++){
pre = pre.next;
}
ListNode toAdd = new ListNode(val);
toAdd.next = pre.next;
pre.next = toAdd;
}
//删除第index个节点
public void deleteAtIndex(int index) {
if(index < 0 || index >= size){
return ;
}
size--;
ListNode pre = head;
for(int i = 0; i < index; i++){
pre = pre.next;
}
pre.next = pre.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);
*/
4. 反转链表
题目：反转一个单链表。
题目分析：cur指向头节点，pre初始化为null，cur->next指向pre，在这之前要把它保存下来。cur指向null，也就反转完成了，return pre即可。
//双指针方法（掌握住
class Solution {
public ListNode reverseList(ListNode head) {
ListNode cur = head;
//两个节点一定要初始化
ListNode pre = null;
ListNode temp = null;
while(cur != null){
temp = cur.next;
cur.next = pre;
pre = cur;
cur = temp;
}
return pre;
}
}
//递归方法（有点抽象 了解一下
class Solution {
public ListNode reverseList(ListNode head) {
return reverse(null, head);
}
private ListNode reverse(ListNode pre, ListNode cur) {
if (cur == null) {
return pre;
}
ListNode temp = null;
temp = cur.next;// 先保存下一个节点
cur.next = pre;// 反转
// 更新prev、cur位置
// prev = cur;
// cur = temp;
return reverse(cur, temp);
}
}
// 从后向前递归
//没看懂 不太能理解（留着万一以后看懂了呢
class Solution {
ListNode reverseList(ListNode head) {
// 边缘条件判断
if(head == null){
return null;
}
if (head.next == null){
return head;
}
// 递归调用，翻转第二个节点开始往后的链表
ListNode last = reverseList(head.next);
// 翻转头节点与第二个节点的指向
head.next.next = head;
// 此时的 head 节点为尾节点，next 需要指向 NULL
head.next = null;
return last;
}
}
5. 两两交换链表中的节点
题目：给定一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后的链表。你不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际的进行节点交换。
题目分析：画图理清楚操作的前后顺序。
//递归方法（好简便但是不太能理解
class Solution {
public ListNode swapPairs(ListNode head) {
//退出提交
if(null == head || null == head.next){
return head;
}
//获取当前节点的下一个节点
ListNode after = head.next;
//进行递归
ListNode newNode = swapPairs(after.next);
//进行交换
after.next = head;
head.next = newNode;
return after;
}
}
// 虚拟头结点
class Solution {
public ListNode swapPairs(ListNode head) {
ListNode dummyNode = new ListNode(0);
dummyNode.next = head;
ListNode prev = dummyNode;
while (prev.next != null && prev.next.next != null) {
ListNode temp = head.next.next; // 缓存 next
//下面三个就对应了图上的三个步骤
prev.next = head.next; // 将 prev 的 next 改为 head 的 next
head.next.next = head; // 将 head.next(prev.next) 的next，指向 head
head.next = temp; // 将head 的 next 接上缓存的temp
prev = head; // 步进1位
head = head.next; // 步进1位
}
return dummyNode.next;
}
}
6. 删除链表的倒数第N个节点
题目：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。
题目分析：双指针的经典应用:设置一个dummy，fast和slow都指向它。fast先走n + 1步，直到fast.next == null，则slow此时为要删除节点的前驱。
class Solution {
public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
ListNode dummy = new ListNode(0, head);
ListNode fast = dummy;
ListNode slow = dummy;
for(int i = 0; i < n; i++){
fast = fast.next;
}
while(fast.next != null){
fast = fast.next;
slow = slow.next;
}
slow.next = slow.next.next;
return dummy.next;
}
}
7. 链表相交
题目：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 。注意：函数返回结果后，链表必须 保持其原始结构 。
题目分析：求两个链表交点节点的指针，是指针相等而不是数值相等。步骤：求出两个链表的长度，缩短差值让其两个链表指针对齐，这样再开始比较是否相同。
public class Solution {
public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
ListNode curA = headA;
ListNode curB = headB;
int lenA = 0, lenB = 0;
//求链表A的长度
while(curA != null){
lenA++;
curA = curA.next;
}
//求链表B的长度
while(curB != null){
lenB++;
curB = curB.next;
}
curA = headA;
curB = headB;
//指定curA是最长链表的头结点，LenA是最长链表的长度
if(lenB > lenA){
//交换长度
int temp = lenA;
lenA = lenB;
lenB = temp;
//交换节点
ListNode tempNode = curA;
curA = curB;
curB = tempNode;
}
//长度差
int gap = lenA - lenB;
//让两个指针对齐
while(gap-- > 0){
curA = curA.next;
}
//遍历，有相同节点就返回
while(curA != null){
if(curA == curB){
return curA;
}
curA = curA.next;
curB = curB.next;
}
return null;
}
}
8. 环形链表||
题目：给定一个链表的头节点 head ，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 null。为了表示给定链表中的环，使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。 如果 pos 是 -1，则在该链表中没有环。
题目分析：
- 判断是否有环：快慢指针，fast走两步，slow走一步，最后相遇就表明有环。
- 有环怎么找到环的入口：结论：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。
public class Solution {
public ListNode detectCycle(ListNode head) {
ListNode slow = head;
ListNode fast = head;
while(fast != null && fast.next != null){
slow = slow.next;
fast = fast.next.next;
//有环
if(slow == fast){
ListNode index1 = fast;
ListNode index2 = head;
//两个指针从头结点和相遇节点各走一步，相遇点就是环的入口
while(index1 != index2){
index1 = index1.next;
index2 = index2.next;
}
return index1;
}
}
return null;
}
}
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