leetcode 链表篇

链表篇

链表的java写法

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;
    }
}

一、移除链表元素

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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 。

示例 1：

输入：head = [1,2,6,3,4,5,6], val = 6
输出：[1,2,3,4,5]

示例 2：

输入：head = [], val = 1
输出：[]

示例 3：

输入：head = [7,7,7,7], val = 7
输出：[]

提示：

• 列表中的节点数目在范围 [0, 104] 内
• 1 <= Node.val <= 50
• 0 <= val <= 50

方法一：递归法
class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        if (head == null){
            return null;
        }
        head.next = removeElements(head.next,val);
        return head.val==val?head.next:head;
    }
}

方法二：迭代法
class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        // if (head == null){
        //     return null;
        // }
        // head.next = removeElements(head.next,val);
        // return head.val==val?head.next:head;
        ListNode dummyNode = new ListNode(val-1);
        dummyNode.next = head;
        ListNode tmp = dummyNode;
        while (tmp.next != null){
            if (tmp.next.val==val){
                tmp.next = tmp.next.next;
            }else{
                tmp = tmp.next;
            }
        }
        return dummyNode.next;
    }
}

二、设计链表

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你可以选择使用单链表或者双链表，设计并实现自己的链表。

单链表中的节点应该具备两个属性：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。

如果是双向链表，则还需要属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点下标从 0 开始。

实现 MyLinkedList 类：

• MyLinkedList() 初始化 MyLinkedList 对象。
• int get(int index) 获取链表中下标为 index 的节点的值。如果下标无效，则返回 -1 。
• void addAtHead(int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中第一个元素之前。在插入完成后，新节点会成为链表的第一个节点。
• void addAtTail(int val) 将一个值为 val 的节点追加到链表中作为链表的最后一个元素。
• void addAtIndex(int index, int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中下标为 index 的节点之前。如果 index 等于链表的长度，那么该节点会被追加到链表的末尾。如果 index 比长度更大，该节点将 不会插入 到链表中。
• void deleteAtIndex(int index) 如果下标有效，则删除链表中下标为 index 的节点。

示例：

输入
["MyLinkedList", "addAtHead", "addAtTail", "addAtIndex", "get", "deleteAtIndex", "get"]
[[], [1], [3], [1, 2], [1], [1], [1]]
输出
[null, null, null, null, 2, null, 3]

解释
MyLinkedList myLinkedList = new MyLinkedList();
myLinkedList.addAtHead(1);
myLinkedList.addAtTail(3);
myLinkedList.addAtIndex(1, 2);    // 链表变为 1->2->3
myLinkedList.get(1);              // 返回 2
myLinkedList.deleteAtIndex(1);    // 现在，链表变为 1->3
myLinkedList.get(1);              // 返回 3

提示：

• 0 <= index, val <= 1000
• 请不要使用内置的 LinkedList 库。
• 调用 get、addAtHead、addAtTail、addAtIndex 和 deleteAtIndex 的次数不超过 2000 。

class MyLinkedList {

    ListNode head;
    int size = 0;
    
    private class ListNode {
        int val;
        ListNode next;
        ListNode(int val){
            this.val = val;
        }
    }

    public MyLinkedList() {
        this.head = new ListNode(0);
        this.size = 0;
    }
    
    public int get(int index) {
        if(index<0||index>=size){
            return -1;
        }else{
            ListNode currentNode = head;
            for (int i=0;i<=index;i++){
                currentNode = currentNode.next; 
            }
            return currentNode.val;
        }
    }
    
    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0,val);

    }
    
    public void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(size,val);
    }
    
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > size) {
            return;
        }
        if (index < 0) {
            index =0;
        }
        size++;
        ListNode currentNode = head;
        ListNode pre = head;
        ListNode addNode = new ListNode(val);
        for(int i=0 ;i<=index;i++){
            pre = currentNode;
            currentNode = currentNode.next;
        }
        pre.next = addNode;
        addNode.next = currentNode;
    }
    
    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index<0||index>=size){
            return;
        }
        size--;
        ListNode currentNode = head;
        for(int i=0;i<index;i++){
            currentNode = currentNode.next;
        }
        if(currentNode.next!=null){
            currentNode.next = currentNode.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);
 */

三、翻转链表

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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。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5]
输出：[5,4,3,2,1]

示例 2：

输入：head = [1,2]
输出：[2,1]

示例 3：

输入：head = []
输出：[]

提示：

• 链表中节点的数目范围是 [0, 5000]
• -5000 <= Node.val <= 5000

进阶：链表可以选用迭代或递归方式完成反转。你能否用两种方法解决这道题？

1.双指针法：
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode pre = null;
        ListNode cru = head;
        ListNode tmp = null;
        while (cru!=null){
            tmp = cru.next;
            cru.next = pre;
            pre = cru;
            cru = tmp;
        }
        return pre;
    }
}

双指针法的代码很少，但其中的细节特别多，首先是初始化部分，cru为头节点，pre为空

递归的方法：
/**
 * 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) {
        // 1.双指针
        // ListNode pre = null;
        // ListNode cru = head;
        // ListNode tmp = null;
        // while (cru!=null){
        //     tmp = cru.next;
        //     cru.next = pre;
        //     pre = cru;
        //     cru = tmp;

        // }
        // return pre;
        if(head==null){
            return null;
        }
        if(head.next==null){
            return head;
        }
        ListNode newHead = reverseList(head.next);
        head.next.next = head;
        head.next =null;
        return newHead;
    }
}

不需要清楚递归的细节是怎么实现的，只需要知道它返回的链表已经是翻转结束的。
可以这么理解：1 -> 2 <-3 <- 4 <- 5： 2 3 4 5已经翻转完成，但1的next依然是指向2的，只要让2的next指向1，1再指向null就完成了。

四、两两交换链表中的节点

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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）。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4]
输出：[2,1,4,3]

示例 2：

输入：head = []
输出：[]

示例 3：

输入：head = [1]
输出：[1]

提示：

• 链表中节点的数目在范围 [0, 100] 内
• 0 <= Node.val <= 100

方法一：递归法，时间复杂度是On 空间复杂度也是On
/**
 * 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 swapPairs(ListNode head) {
        if(head==null){
            return null;
        }
        if(head.next == null){
            return head;
        }
        ListNode part = swapPairs(head.next.next);
        
        ListNode second = head.next;
        second.next = head;
        head.next = part;
        // 返回新的头节点，即原来的第二个节点
        return second;

    }
}

方法二：模拟法
/**
 * 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 swapPairs(ListNode head) {
        ListNode temp ; //用于记录第三个节点后的内容
        ListNode dumyhead = new ListNode();//虚拟头节点
        dumyhead.next = head;
        ListNode cul = dumyhead;
        ListNode firstnode ;
        ListNode secondnode;
        while(cul.next!=null&&cul.next.next!=null){
            firstnode = cul.next;
            secondnode = cul.next.next;
            temp = cul.next.next.next;
            cul.next = secondnode;
            secondnode.next = firstnode;
            firstnode.next = temp;
            cul = firstnode;
        }
        return dumyhead.next;
    }
}

五、删除链表的倒数第N个节点

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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。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5], n = 2
输出：[1,2,3,5]

示例 2：

输入：head = [1], n = 1
输出：[]

示例 3：

输入：head = [1,2], n = 1
输出：[1]

提示：

• 链表中结点的数目为 sz
• 1 <= sz <= 30
• 0 <= Node.val <= 100
• 1 <= n <= sz

进阶：你能尝试使用一趟扫描实现吗？

class Solution {
    public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
        ListNode fastIndex ;
        ListNode slowIndex = new ListNode();
        fastIndex = head;
        slowIndex.next = head;
        ListNode cur = slowIndex;

        for (int i = 1 ;i <= n ;i++){
            fastIndex = fastIndex.next;
        }
        while(fastIndex !=null){
            fastIndex = fastIndex.next;
            slowIndex = slowIndex.next;
        }
        slowIndex.next = slowIndex.next.next;
        return cur.next;
    }
}

六、链表相交

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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：

题目数据 保证 整个链式结构中不存在环。

注意，函数返回结果后，链表必须 保持其原始结构 。

示例 1：

输入：intersectVal = 8, listA = [4,1,8,4,5], listB = [5,0,1,8,4,5], skipA = 2, skipB = 3
输出：Intersected at '8'
解释：相交节点的值为 8 （注意，如果两个链表相交则不能为 0）。
从各自的表头开始算起，链表 A 为 [4,1,8,4,5]，链表 B 为 [5,0,1,8,4,5]。
在 A 中，相交节点前有 2 个节点；在 B 中，相交节点前有 3 个节点。

示例 2：

输入：intersectVal = 2, listA = [0,9,1,2,4], listB = [3,2,4], skipA = 3, skipB = 1
输出：Intersected at '2'
解释：相交节点的值为 2 （注意，如果两个链表相交则不能为 0）。
从各自的表头开始算起，链表 A 为 [0,9,1,2,4]，链表 B 为 [3,2,4]。
在 A 中，相交节点前有 3 个节点；在 B 中，相交节点前有 1 个节点。

示例 3：

输入：intersectVal = 0, listA = [2,6,4], listB = [1,5], skipA = 3, skipB = 2
输出：null
解释：从各自的表头开始算起，链表 A 为 [2,6,4]，链表 B 为 [1,5]。
由于这两个链表不相交，所以 intersectVal 必须为 0，而 skipA 和 skipB 可以是任意值。
这两个链表不相交，因此返回 null 。

提示：

• listA 中节点数目为 m
• listB 中节点数目为 n
• 0 <= m, n <= 3 * 104
• 1 <= Node.val <= 105
• 0 <= skipA <= m
• 0 <= skipB <= n
• 如果 listA 和 listB 没有交点，intersectVal 为 0
• 如果 listA 和 listB 有交点，intersectVal == listA[skipA + 1] == listB[skipB + 1]

进阶：你能否设计一个时间复杂度 O(n) 、仅用 O(1) 内存的解决方案？

有三种方法：

1.hash集合

public class Solution {
    public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
        Set<ListNode> visited = new HashSet<ListNode>();
        ListNode temp = headA;
        while (temp!=null){
            visited.add(temp);
            temp = temp.next;
        }
        temp = headB;
        while(temp!=null){
            if(visited.contains(temp)){
                return temp;
            }
            temp=temp.next;
        }
        return null;        
    }
}

时间复杂度：O(m+n)其中 m 和 n是分别是链表 headA 和 headB 的长度。需要遍历两个链表各一次。

空间复杂度：O(m)，其中 m 是链表 headA的长度。需要使用哈希集合存储链表 headA中的全部节点。

2.数学方法：

public class Solution {
    public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
        if (headA==null || headB==null){
            return null;
        }
        ListNode tempA = headA;
        ListNode tempB = headB;
        while(tempA!=tempB){
            if (tempA==null){
                tempA = headB;
            }else {
                tempA = tempA.next;
            } 
            if (tempB==null){
                tempB = headA;
            }else {
                tempB = tempB.next;
            } 
        }
        return tempA;   
}
}

时间复杂度：O(m+n)，其中 m和 n 是分别是链表 headA和 headB 的长度。两个指针同时遍历两个链表，每个指针遍历两个链表各一次。

空间复杂度：O(1)。

3.尾部对齐：

public class Solution {
    public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
        int lengthA = 0;
        int lengthB = 0;
        int gap =0;
        ListNode tempA = headA;
        ListNode tempB = headB;
        while(tempA!=null){
            tempA = tempA.next;
            lengthA++;
        }
        while(tempB!=null){
            tempB = tempB.next;
            lengthB++;
        }
        if(lengthA>=lengthB){
            tempA=headA;
            tempB=headB;
            gap = lengthA-lengthB;
        }else{
            tempA=headB;
            tempB=headA;
            gap = lengthB-lengthA;
        }
        for(int i=1;i<=gap;i++){    
            tempA=tempA.next;
        }
        while(tempA!=null){
            if(tempA==tempB){
                return tempA;
            }else{
                tempA=tempA.next;
                tempB=tempB.next;
            }           
        }
        return null;
    }
}

七、环形链表2

力扣题目链接

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。

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：返回索引为 1 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

示例 2：

输入：head = [1,2], pos = 0
输出：返回索引为 0 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。

示例 3：

输入：head = [1], pos = -1
输出：返回 null
解释：链表中没有环。

提示：

• 链表中节点的数目范围在范围 [0, 104] 内
• -105 <= Node.val <= 105
• pos 的值为 -1 或者链表中的一个有效索引

进阶：你是否可以使用 O(1) 空间解决此题？

方法一：HashSet的方法
    public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        ListNode pos = head;
        Set<ListNode> result = new HashSet<ListNode>();
        while(pos!=null){
            if(result.contains(pos)){
                return pos;
            }else{
                result.add(pos);
                pos = pos.next;
            }    
        }
        return null;   
    }
}

时间复杂度：O(N)，其中 N 为链表中节点的数目。恰好需要访问链表中的每一个节点。

空间复杂度：O(N)，其中 N 为链表中节点的数目。需要将链表中的每个节点都保存在哈希表当中。

// 方法二：数学推导，快指针每次前进2个节点，慢指针每次前进1个节点，
public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head;
        while(fast!=null&&fast.next!=null){
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
            if(fast==slow){
                fast = head;
                while(fast!=slow){
                    fast = fast.next;
                    slow = slow.next;
                }
                return fast;
            }
        }
        return null;
    }
}

八、总结篇