代码随想录算法day3

已于 2024-08-12 16:22:14 修改
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分类专栏： 算法和数分刷题 文章标签： 算法
于 2024-07-17 17:46:36 首次发布
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代码随想录

目录

链表基础知识【from代码随想录】

类型

单链表

双链表

循环链表

存储方式

定义方法

链表的操作

删除节点

添加节点

链表VS数组

203. 移除链表元素

c++

java

707.设计链表

c++

java

哑节点

带哑节点的链表

优点：

不带哑节点的链表

优点：

总结

206.反转链表

【from leetcode】

链表基础知识【from代码随想录】

*链表添加和删除，都优先把原有节点的next存给新节点，防止丢失。

链表是一种通过指针串联在一起的线性结构，每一个节点由两部分组成，一个是数据域一个是指针域（存放指向下一个节点的指针），最后一个节点的指针域指向null（空指针的意思）。

链表的入口节点称为链表的头结点也就是head。

类型
单链表

双链表

单链表中的指针域只能指向节点的下一个节点。

双链表：每一个节点有两个指针域，一个指向下一个节点，一个指向上一个节点。

双链表 既可以向前查询也可以向后查询。

循环链表

循环链表，顾名思义，就是链表首尾相连。

循环链表可以用来解决约瑟夫环问题。

存储方式

链表中的节点在内存中不是连续分布的 ，而是散乱分布在内存中的某地址上，通过指针域的指针。

定义方法

java

java和c++如果不定义构造函数，是无法使用 ListNode head = new ListNode(5); 的，

必须 ListNode head = new ListNode();

        head.value=5;

引用使用的类型是listnode，是因为它指向的是一个listnode元素

  • 第一个 ListNode 在 class ListNode 中是类的名称，是模板，用来生成链表中的节点实例。
  • 第二个 ListNode 在 ListNode next 中是类的成员变量 next 的类型，它允许链表节点彼此引用，从而形成链表的数据结构。
public class ListNode {
    // 结点的值
    int val;

    // 下一个结点
    ListNode next;

    // 节点的构造函数(无参)
    public ListNode() {
    }

    // 节点的构造函数(有一个参数)
    public ListNode(int val) {
        this.val = val;
    }

    // 节点的构造函数(有两个参数)
    public ListNode(int val, ListNode next) {
        this.val = val;
        this.next = next;
    }
}
链表的操作
删除节点

只要将C节点的next指针 指向E节点就可以了。

添加节点

链表-添加节点

可以看出链表的增添和删除都是O(1)操作，也不会影响到其他节点。

但是要注意，指定位置插入，查找的时间复杂度是O(n)。

链表VS数组

数组是固定存储空间，但是整体对其中的每个个体都有把控，可以选择第几位调用。

链表是不固定储存空间，每个个体只和相邻的有关系，容易增减，但查找麻烦。

203. 移除链表元素

有点循环有点绕，但是记住cur.next和cur都是链表元素。

其实这个问题在c++里更清楚，因为它对计算机的逻辑展现的比较清楚，定义的时候定义的就是一个指针。java只是省略了指针符号。在Java中，不使用显式的指针符号（如C++中的*）。相反，Java通过引用（reference）来处理对象，这些引用隐式地充当指针。因此，Java中的引用变量就像C++中的指针，但更安全，因为Java不允许直接操作内存地址。

 LinkedNode* cur = _dummyHead->next;

1.如果使用C，C++编程语言的话，不要忘了还要从内存中删除这两个移除的节点

2.因为单链表的特殊性，只能指向下一个节点，那么如果删除的是头结点又该怎么办呢？

这里就涉及如下链表操作的两种方式：

  • 直接使用原来的链表来进行删除操作。
  • 设置一个虚拟头结点在进行删除操作。
  • 所以头结点如何移除呢，其实只要将头结点向后移动一位就可以，这样就从链表中移除了一个头结点。依然别忘将原头结点从内存中删掉。

  • 以一种统一的逻辑来移除 链表的节点，可以设置一个虚拟头结点，这样原链表的所有节点就都可以按照统一的方式进行移除了。

c++

*return 头结点的时候，别忘了 return dummyNode->next;， 这才是新的头结点

//分类删除
class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        // 删除头结点
        while (head != NULL && head->val == val) { // 注意这里不是if
            ListNode* tmp = head;
            head = head->next;
            delete tmp;
        }

        // 删除非头结点
        ListNode* cur = head;
        while (cur != NULL && cur->next!= NULL) {
            if (cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            } else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        return head;
    }
};
//设置一个虚拟头结点在进行移除节点操作：
class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        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 != NULL) {
            if(cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            } else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        head = dummyHead->next;
        delete dummyHead;
        return head;
    }
};
  • 时间复杂度: O(n)
  • 空间复杂度: O(1)
java

其实有点像双指针的滑动窗口，只是对象是链表而不是数组，pre和cur本身就是两个指针

使用dummy的优点就是可以其实它本身不会被调用，但是能一直帮助定位到删除val后的头节点，并且因为有指向头节点的指针，也帮助了头节点的删除。

并且链表其实是靠头指针定义调用的，每次结束后会返回头指针，如果没有哑节点，直接删除头指针，会无法返回头节点。

class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        if (head == null) {
            return null; // 链表为空，直接返回null
        }
        
        // 创建哑节点并指向头节点
        ListNode dummy = new ListNode(-1, head);
        ListNode pre = dummy; // 前驱节点初始化为哑节点
        ListNode cur = head;  // 当前节点初始化为头节点
        
        // 遍历链表
        while (cur != null) {
            if (cur.val == val) {
                // 如果当前节点的值等于目标值，删除当前节点
                pre.next = cur.next;
            } else {
                // 否则，前驱节点移动到当前节点
                pre = cur;
            }
            // 当前节点移动到下一个节点
            cur = cur.next;
        }
        
        // 返回新的链表头部，即哑节点的下一个节点
        return dummy.next;
    }
}

707.设计链表

力扣题目链接

题意：

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。
c++
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，则在头部插入节点
    void addAtIndex(int index, int val) {

        if(index > _size) return;
        if(index < 0) index = 0;        
        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;
        //delete命令指示释放了tmp指针原本所指的那部分内存，
        //被delete后的指针tmp的值（地址）并非就是NULL，而是随机值。也就是被delete后，
        //如果不再加上一句tmp=nullptr,tmp会成为乱指的野指针
        //如果之后的程序不小心使用了tmp，会指向难以预想的内存空间
        tmp=nullptr;
        _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;

};
java
//单链表
class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(){}
    ListNode(int val) {
        this.val=val;
    }
}
class MyLinkedList {
    //size存储链表元素的个数
    int size;
    //虚拟头结点
    ListNode head;

    //初始化链表
    public MyLinkedList() {
        size = 0;
        head = new ListNode(0);
    }

    //获取第index个节点的数值，注意index是从0开始的，第0个节点就是头结点
    public int get(int index) {
        //如果index非法，返回-1
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        ListNode currentNode = head;
        //包含一个虚拟头节点，所以查找第 index+1 个节点
        for (int i = 0; i <= index; i++) {
            currentNode = currentNode.next;
        }
        return currentNode.val;
    }

    //在链表最前面插入一个节点，等价于在第0个元素前添加
    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }

    //在链表的最后插入一个节点，等价于在(末尾+1)个元素前添加
    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 pred = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            pred = pred.next;
        }
        ListNode toAdd = new ListNode(val);
        toAdd.next = pred.next;
        pred.next = toAdd;
    }

    //删除第index个节点
    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        size--;
        if (index == 0) {
            head = head.next;
	    return;
        }
        ListNode pred = head;
        for (int i = 0; i < index ; i++) {
            pred = pred.next;
        }
        pred.next = pred.next.next;
    }
}

//双链表
class ListNode{
    int val;
    ListNode next,prev;
    ListNode() {};
    ListNode(int val){
        this.val = val;
    }
}


class MyLinkedList {  

    //记录链表中元素的数量
    int size;
    //记录链表的虚拟头结点和尾结点
    ListNode head,tail;
    
    public MyLinkedList() {
        //初始化操作
        this.size = 0;
        this.head = new ListNode(0);
        this.tail = new ListNode(0);
        //这一步非常关键，否则在加入头结点的操作中会出现null.next的错误！！！
        head.next=tail;
        tail.prev=head;
    }
    
    public int get(int index) {
        //判断index是否有效
        if(index<0 || index>=size){
            return -1;
        }
        ListNode cur = this.head;
        //判断是哪一边遍历时间更短
        if(index >= size / 2){
            //tail开始
            cur = tail;
            for(int i=0; i< size-index; i++){
                cur = cur.prev;
            }
        }else{
            for(int i=0; i<= index; i++){
                cur = cur.next; 
            }
        }
        return cur.val;
    }
    
    public void addAtHead(int val) {
        //等价于在第0个元素前添加
        addAtIndex(0,val);
    }
    
    public void addAtTail(int val) {
        //等价于在最后一个元素(null)前添加
        addAtIndex(size,val);
    }
    
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        //index大于链表长度
        if(index>size){
            return;
        }
        //index小于0
        if(index<0){
            index = 0;
        }
        size++;
        //找到前驱
        ListNode pre = this.head;
        for(int i=0; i<index; i++){
            pre = pre.next;
        }
        //新建结点
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        newNode.next = pre.next;
        pre.next.prev = newNode;
        newNode.prev = pre;
        pre.next = newNode;
        
    }
    
    public void deleteAtIndex(int index) {
        //判断索引是否有效
        if(index<0 || index>=size){
            return;
        }
        //删除操作
        size--;
        ListNode pre = this.head;
        for(int i=0; i<index; i++){
            pre = pre.next;
        }
        pre.next.next.prev = pre;
        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);
 */
哑节点

使用哑节点（dummy node），即不存储实际数据的头节点，有一些优势，可以简化链表中对首节点的处理。具体来讲，这里有两种典型的链表实现方法：

  1. 带哑节点的链表：
  2. 不带哑节点的链表：
带哑节点的链表

哑节点（dummy node）不是存储实际业务数据的第一个节点，而是一个辅助节点，帮助我们处理边界情况，例如插入、删除空链表或处理首节点的特殊情况。

优点：
  • 一致性：所有节点（包括第一个节点）在插入和删除操作上处理方式一致，不需要特殊处理。
  • 简化操作：避免了判断第一个节点是否为空的特殊情况。
class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(int x) { val = x; }
}

class MyLinkedList {
    private ListNode head;
    private int size;

    public MyLinkedList() {
        head = new ListNode(0);  // 哑节点
        size = 0;
    }

    public void addAtHead(int val) {
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        newNode.next = head.next;  // 将新节点指向第一个实际节点
        head.next = newNode;       // 哑节点指向新节点
        size++;
    }
    
    // 其他方法实现...
}
不带哑节点的链表

不带哑节点的链表直接将头节点 head 指向第一个实际数据节点。

优点：
  • 节省内存：避免额外的哑节点。
  • 概念简单：更直观，因为每个节点都存储实际数据。
class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(int x) { val = x; }
}

class MyLinkedList {
    private ListNode head;
    private int size;

    public MyLinkedList() {
        head = null;  // 没有哑节点，head直接指向第一个实际节点
        size = 0;
    }

    public void addAtHead(int val) {
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        newNode.next = head;  // 将新节点指向当前头节点
        head = newNode;       // 更新头节点为新节点
        size++;
    }
    
    // 其他方法实现...
}
总结

选择使用哪种方式取决于具体需求和偏好：

  • 如果你想避免繁琐的边界处理，确保代码一致简洁，可以选择带哑节点的链表。
  • 如果你更关注内存使用，并能够处理好边界情况，可以选择不带哑节点的链表。

带哑节点的链表在插入和删除操作中有一定优势，因为它简化了对第一个（或最后一个）节点进行特殊处理的需求，这也是为什么许多实际开发中更倾向使用它的原因。

class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(){}
    ListNode(int val) {
        this.val=val;
    }
}

class MyLinkedList {
    int size;
    ListNode head;
    public MyLinkedList() {
        int size=0;
        head=new ListNode(0);

    }
    
    public int get(int index) {
        if (index<0||index>size-1){
            return -1;
        }
        ListNode cur=head;
        while(index>=0){
            cur=cur.next;
            index--;
        }
        return cur.val;
    }
    
    public void addAtHead(int val) {
        ListNode new_node=new ListNode(val);
        new_node.next=head.next;
        head.next=new_node;
        size++;
     //addatindex(0,val);
    }
    
    public void addAtTail(int val) {
        ListNode new_node=new ListNode(val);
        ListNode cur=head;
        while(cur.next!=null){
            cur=cur.next;
        }
        cur.next=new_node;
        size++;
    }
    
    public void addAtIndex(int index, int 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
        if (index > size) {
            return;
        }
        if (index < 0) {
            index = 0;
        }
        size++;

        ListNode new_node=new ListNode(val);
        ListNode pre=head;
        for(int i=0;i<index;i++){
            pre=pre.next;
        }
        new_node.next=pre.next;
        pre.next=new_node;
        
    }
    
    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index<0||index>size-1){
            return;
        }
        size--;
        ListNode pre=head;
        for (int i=0;i<index;i++){
            pre=pre.next;
        }
        pre.next=pre.next.next;//可以这样写的
    }
}

/**
 * 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);
 */

206.反转链表

力扣题目链接(opens new window)

题意：反转一个单链表。

示例: 输入: 1->2->3->4->5->NULL 输出: 5->4->3->2->1->NULL

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * 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; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode pre=null;
        ListNode cur=head;
        ListNode tmp=null;
        while(cur!=null){
            tmp=cur.next;
            cur.next=pre;
            pre=cur;
            cur=tmp;
        }
        return pre;
    }
}
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