【算法集训】基础数据结构：三、链表

2023-12-14 17:49:08

链表就是将所有数据都用一个链子串起来，其中链表也有多种形式，包含单向链表、双向链表等；
现在毕竟还是基础阶段，就先学习单链表吧；
链表用头结点head表示一整个链表，每个链表的节点包含当前节点的值val和下一个节点next。
链表的好处就是删除和插入比较容易，不需要移动其他元素。只需要改变下一个节点的指向值即可。

第一题面试题 02.02. 返回倒数第 k 个节点

https://leetcode.cn/problems/kth-node-from-end-of-list-lcci/description/
返回第k个节点的值，这里使用双指针的思路，定义一个快指针和慢指针，两个指针之间间隔k位，快指针移动到最后一个节点的下一个节点（即节点为空时）时就停止，此时慢指针对应的就是倒数第k个节点值。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */


int kthToLast(struct ListNode* head, int k){
    struct ListNode * fast = head;
    struct ListNode * slow = head;
    for(int i = 0; i < k; ++i) {
        fast = fast->next;
    }
    while(fast) {
        fast = fast->next;
        slow = slow->next;
    }
    return slow->val;
}

第二题 19. 删除链表的倒数第 N 个结点

https://leetcode.cn/problems/remove-nth-node-from-end-of-list/description/
删除倒数第n个节点，思路和上一题一样，先找到倒数第N个节点，我们要删除这个节点，所以需要找到这个节点的前一个节点N+1；
直接将下一个值指向N的下一个值即可。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
struct ListNode* removeNthFromEnd(struct ListNode* head, int n) {
    struct ListNode * fast = head;
    struct ListNode * slow = head;
    for(int i = 0; i < n; ++i) {
        fast = fast->next;
        if(fast == NULL) {
            return head->next;
        }
    }
    fast = fast->next;
    while(fast) {
        fast = fast->next;
        slow = slow->next;
    }
    
    slow->next = slow->next->next;
    return head;
    
}

第三题 206. 反转链表

https://leetcode.cn/problems/reverse-linked-list/description/

第一种：迭代方法，定义一个当前节点cur和前一个节点pre，遍历链表，将指向换一下方向即可，注意保存cur->next

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head) {
    struct ListNode * pre = NULL;
    struct ListNode * cur = head;
    while(cur) {
        struct ListNode * temp = cur->next;
        cur->next = pre;
        pre = cur;
        cur = temp;
    }
    return pre;
}

第二种：递归
主要思想就是从最后一个开始，将它的指针指向前一个节点，然后前一个节点指向NULL；
这时又递归到前一个节点，和上面操作一样，一直到第一个头结点，这时头结点会置为NULL；

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */

struct ListNode * doReverse(struct ListNode * head, struct ListNode ** outHead) {
    递归临界点，如果到最后一个节点则开始往回走；
    if(head == NULL || head->next == NULL) {
        *outHead = head;  outhead是最终翻转后的头结点，所以这里head最后一个节点就是outhead的头结点
        return head;
    }
每次递归都向下一层，返回值为反转后的
    struct ListNode * tail = doReverse(head->next, outHead);
    tail->next = head;
    head->next = NULL;
    return head;
}

struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head) {
    struct ListNode * outHead;
    doReverse(head, &outHead);
    return outHead;
}

第四题 237. 删除链表中的节点

https://leetcode.cn/problems/delete-node-in-a-linked-list/description/
这道题代码不难，主要的是思想，能不能想到这样的方法。
只给了一个需要删除的节点node，让你删除这个节点。
那么我们只需要将node->next的值赋值给node，那么这样就可以删除node->next，这样同样可以达到需要的结果。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
void deleteNode(struct ListNode* node) {
    node->val = node->next->val;
    node->next = node->next->next;
}

第五题 24. 两两交换链表中的节点

https://leetcode.cn/problems/swap-nodes-in-pairs/description/
本题有两种做法，迭代和递归，递归相对来说难理解。
一、递归

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     struct ListNode *next;
 * };
 */
struct ListNode* swapPairs(struct ListNode* head) {
    定义临界点，即递到最后一个节点或者空时开始归。
    if(head == NULL || head->next == NULL) {
        return head;
    }
	这里就是记录递归的当前节点和下一个节点，用于后续交换
    struct ListNode* now = head;
    struct ListNode* next = head->next;
    这里记录的是后面已经完成交换的头结点nextnext；
    struct ListNode* nextnext = swapPairs(now->next->next);
    这里算是核心，
    now->next = nextnext;  每次将当前节点的下个节点指向已经完成交换的头结点
    next->next = now;  将当前节点下一个节点又指向当前节点，即完成本轮交换
    return next;
}

二、迭代

/**
 * 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 * virhead = new ListNode();
        virhead->next = head;
        ListNode * cur = virhead;
        while (cur->next != nullptr && cur->next->next != nullptr) {
            ListNode * temp1 = cur->next;
            ListNode * temp2 = cur->next->next->next;

            cur->next = cur->next->next;
            cur->next->next = temp1;
            cur->next->next->next = temp2;

            cur = cur->next->next;
        }
        return virhead->next;
    }
};