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链表相关（设计链表及环链表问题）
2022-07-25 09:26:00 【weixin_46213145】
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203. 移除链表元素
给你一个链表的头节点 head 和一个整数 val ，请你删除链表中所有满足 Node.val == val 的节点，并返回 新的头节点 。
/**
* 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* removeElements(ListNode* head, int val) {
ListNode* begin=new ListNode();
begin->next=head;
ListNode* cur=begin;
while(cur->next){
if(cur->next->val==val){
cur->next=cur->next->next;
}
else cur=cur->next;//删除了再往前移动
}
return begin->next;
}
};707. 设计链表
设计链表的实现。您可以选择使用单链表或双链表。单链表中的节点应该具有两个属性：val 和 next。val 是当前节点的值，next 是指向下一个节点的指针/引用。如果要使用双向链表，则还需要一个属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点都是 0-index 的。
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。
class MyLinkedList {
public:
struct ListNode{
int val;
ListNode* next;
ListNode* prev;
ListNode():val(0),next(nullptr),prev(nullptr){}
ListNode(int x):val(x),next(nullptr),prev(nullptr){}
};
MyLinkedList() {
_size=0;
header=new ListNode(0);
tailer=new ListNode(0);
header->next=tailer;
tailer->prev=header;
}
int get(int index) {
if(index>=_size) return -1;
// else if(_size==0)
ListNode* cur=header;
while(index){
cur=cur->next;
index--;
}
return cur->next->val;
}
void addAtHead(int val) {
ListNode* node=new ListNode(val);
header->next->prev=node;
node->next=header->next;
header->next=node;
node->prev=header;
_size++;
}
void addAtTail(int val) {
ListNode *node=new ListNode(val);
tailer->prev->next=node;
node->prev=tailer->prev;
tailer->prev=node;
node->next=tailer;
_size++;
}
void addAtIndex(int index, int val) {
if(index>_size) return;
if(index<0){
addAtHead(val);
return;
}
if(index==_size){
addAtTail(val);
return;
}
ListNode* cur=header;
while(index){
cur=cur->next;
index--;
}
ListNode* node=new ListNode(val);
cur->next->prev=node;
node->next=cur->next;
cur->next=node;
node->prev=cur;
_size++;
}
void deleteAtIndex(int index) {
if(index>=_size) return;
ListNode* cur=header;
while(index){
cur=cur->next;
index--;
}
cur->next=cur->next->next;
cur->next->prev=cur;
_size--;
}
private:
int _size;//链表的尺寸
ListNode *header;//链表的虚拟头节点
ListNode *tailer;
};
/**
* 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
给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。
/**
* 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* reverseList(ListNode* head) {
ListNode*cur=head;
ListNode* temp;
ListNode* pre=nullptr;
while(cur){
temp=cur->next;
cur->next=pre;
pre=cur;
cur=temp;
}
return pre;
}
};92. 反转链表 II
给你单链表的头指针 head 和两个整数 left 和 right ，其中 left <= right 。请你反转从位置 left 到位置 right 的链表节点，返回 反转后的链表 。
/**
* 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 {
private:
ListNode* reverseLinkedList(ListNode *head) {
// 也可以使用递归反转一个链表
ListNode *temp;
ListNode *pre = nullptr;
ListNode *cur = head;
while (cur != nullptr) {
temp = cur->next;
cur->next = pre;
pre = cur;
cur = temp;
}
return pre;
}
public:
ListNode *reverseBetween(ListNode *head, int left, int right) {
// 因为头节点有可能发生变化，使用虚拟头节点可以避免复杂的分类讨论
ListNode *dummyNode = new ListNode(-1);
dummyNode->next = head;
ListNode *cur=dummyNode;
ListNode *leftpre;//储存left的前一个节点
while(left--){
leftpre=cur;
cur=cur->next;
}
ListNode *leftnode=cur;//左节点
cur=dummyNode;
while(right--){
cur=cur->next;
}
ListNode *rightnext=cur->next;//右节点的下一个节点
ListNode *rightnode=cur;//储存右节点
//翻转前需要断开列表
leftpre->next=nullptr;
rightnode->next=nullptr;
//对左节点进行列表翻转
leftnode=reverseLinkedList(leftnode);
//翻转后拼接列表
leftpre->next=rightnode;
leftnode->next=rightnext;
return dummyNode->next;
}
};24. 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）。
/**
* 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); // 设置一个虚拟头结点
dummyHead->next = head; // 将虚拟头结点指向head，这样方面后面做删除操作
ListNode* cur=dummyHead;
while(cur->next&&cur->next->next){//下两个节点都存在
//储存cur的下两个节点
ListNode* temp1=cur->next;
ListNode* temp2=cur->next->next;
//翻转两个节点
cur->next=temp2;
temp1->next=temp2->next;
temp2->next=temp1;
//翻转之后temp1是最末尾的 需要将cur的重新指向末尾 也相当于是开头
cur=temp1;
}
return dummyHead->next;
}
};25. K 个一组翻转链表
给你链表的头节点 head ，每 k 个节点一组进行翻转，请你返回修改后的链表。
k 是一个正整数，它的值小于或等于链表的长度。如果节点总数不是 k 的整数倍，那么请将最后剩余的节点保持原有顺序。
你不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际进行节点交换。
/**
* 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:
void printlist(ListNode*head){
ListNode* cur=head;
while(cur){
std::cout<<cur->val<<" ";
cur=cur->next;
}
}
void reverselist(ListNode* head){
ListNode* temp;
ListNode* pre=nullptr;
ListNode* cur=head;
while(cur){
temp=cur->next;
cur->next=pre;
pre=cur;
cur=temp;
}
head=pre;//!!!!这个地方不要设置返回值 不然后面翻转之后 不知道真实的头尾节点 翻转的时候会造成值的遗漏
}
ListNode* reverseKGroup(ListNode* head, int k) {
int time=k;
ListNode* vhead=new ListNode();
vhead->next=head;
ListNode* pre=vhead;
ListNode* end=vhead;
bool flag=false;
while(end->next){
ListNode* prenext;
ListNode* endnext;
// flag=false;
for(int i=0;i<time;i++) {
if(end->next) end=end->next;
//else flag=true;
else return vhead->next;
}
printlist(vhead->next);
// std::cout<<end->val;
prenext=pre->next;
endnext=end->next;
//翻转之前需要对列表进行割裂
pre->next=nullptr;
end->next=nullptr;
reverselist(prenext);
// pre->next=end;
// prenext->next=endnext;
//pre->next=prenext;
//end->next=endnext;
//翻转之后 原来的prenext变为尾结点 end变为头结点
pre->next=end;//链接头结点
prenext->next=endnext;//尾结点的下一个节点链接翻转之前的尾结点的下一个节点
printlist(vhead->next);
//pre 和end重新回下一个可能需要翻转的头结点的上一个虚拟节点
pre=prenext;
end=prenext;
}
return vhead->next;
}
};19. 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。
/**
* 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* H=new ListNode(0);
H->next=head;
ListNode* slow=H;
ListNode* fast=H;
while(n--&&fast!=NULL) fast=fast->next;
fast=fast->next;//快指针先走n+1步
while(fast!=NULL){
fast=fast->next;
slow=slow->next;
}//快慢指针同步移动
slow->next=slow->next->next;//删除节点
return H->next;
}
};
141. 环形链表
给你一个链表的头节点 head ，判断链表中是否有环。
如果链表中有某个节点，可以通过连续跟踪 next 指针再次到达，则链表中存在环。 为了表示给定链表中的环，评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。注意：pos 不作为参数进行传递 。仅仅是为了标识链表的实际情况。
如果链表中存在环 ，则返回 true 。 否则，返回 false 。
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。
/**
* Definition for singly-linked list.
* struct ListNode {
* int val;
* ListNode *next;
* ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
* };
*/
class Solution {
public:
bool hasCycle(ListNode *head) {
if(head==NULL||head->next==NULL) return false;
ListNode* slow=head;
ListNode* fast=head;
while(fast){
if(fast->next==NULL||fast->next->next==NULL) return false;//快指针的下一个或者下下个为空 直接返回false
if(slow->next==NULL) return false;//慢指针的下一个为空 直接返回false
slow=slow->next;//慢指针只移动一步
fast=fast->next->next;//快指针移动两步
if(slow==fast) return true;//相等则表示已经相遇
}
return -1;
}
};142. 环形链表 II
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。
如果链表中有某个节点，可以通过连续跟踪 next 指针再次到达，则链表中存在环。 为了表示给定链表中的环，评测系统内部使用整数 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。注意：pos 不作为参数进行传递，仅仅是为了标识链表的实际情况。
不允许修改 链表。
/**
* 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) {
if(head==NULL||head->next==NULL) return NULL;
ListNode* slow=head;
ListNode* fast=head;
while(fast){
if(fast->next==NULL||fast->next->next==NULL) return NULL;
if(slow->next==NULL) return NULL;
slow=slow->next;
fast=fast->next->next;
if(slow==fast){//已经相遇
ListNode*ptr=head;
while(ptr!=slow){//找到环的入口 一旦慢指针和从头开始的指针相遇了 那就是环的入口 原理上面有
slow=slow->next;
ptr=ptr->next;
}
return ptr;
}
}
return NULL;
}
};面试题 02.07. 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：
/**
* 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*curA=headA;
ListNode*curB=headB;
int m=0,n=0;
while(curA!=NULL) {
m++;
curA=curA->next;
}//计算A链表的长度
while(curB!=NULL){
n++;
curB=curB->next;
}//计算B链表的长度
curA=headA;
curB=headB;
if(m<n) {
swap(m,n);
swap(curA,curB);
}//让A链表一直是长的那个
int len=m-n;
while(len--) curA=curA->next;//将两个链表的尾部对齐
while(curA!=NULL){//同时进行移动 如果相等那么就有交点
if(curA==curB) return curA;
curA=curA->next;
curB=curB->next;
}
return NULL;
}
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