链表
链表
这一节将着重知识讲解与代码实践
链表的理论基础
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指
向null（空指针的意思）
链接的入口节点称为链表的头节点也就是head。
链表的类型
单链表：
上面所说即是单链表
双链表：
单链表的节点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，就是链表首尾相连。
循环链表用于解决约瑟夫环问题。
链表的存储方式
数组是在内存中连续分布的，但是链表在内存中可不是连续分布的。
链表是通过指针域的指针链接在内存中的各个节点。
所以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的某地址上，分配机制取决于操作系统的内存管理。
链表的定义（记下）：
class ListNode{
def __init__(self, val, next = None):
self.val = val
self.next = next
}
链表操作：
删除节点
删除D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
将C节点指向F节点，再将F节点指向D节点即可
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。
但是要注意要是删除第五个节点，需要从头节点查找到第四个节点通过next指针进行删除操作，查找的时间复杂度为O(n)
性能分析
再把链表的特性和数组的特性进行一个对比，如图所示：
数组在定义的时候，长度就是固定的，如果想改动数组的长度，就需要重新定义一个新的数组。
链表的长度可以是不固定的，并且可以动态增删，适合数据量不固定，频繁增删，较少查询的场景。
链表相关leetcode题目
203. 移除链表元素 - 视频讲解 - 思路讲解
**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：
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
Solution
# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
# def __init__(self, val=0, next=None):
# self.val = val
# self.next = next
class Solution:
def removeElements(self, head: ListNode, val: int) -> ListNode:
dummy_head = ListNode(next = head)
curr = dummy_head
while curr.next != None:
if curr.next.val == val:
curr.next = curr.next.next
else:
curr = curr.next
return dummy_head.next
707. 设计链表 - 视频讲解 - 思路讲解
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。
示例：
MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
linkedList.addAtHead(1);
linkedList.addAtTail(3);
linkedList.addAtIndex(1,2); //链表变为1-> 2-> 3
linkedList.get(1); //返回2
linkedList.deleteAtIndex(1); //现在链表是1-> 3
linkedList.get(1); //返回3
提示：
所有val值都在 [1, 1000] 之内。
操作次数将在 [1, 1000] 之内。
请不要使用内置的 LinkedList 库。
Solution
class Node:
def __init__(self, val):
self.val = val
self.next = None
class MyLinkedList:
def __init__(self):
self._head = Node(0)
self._count = 0
def get(self, index: int) -> int:
if 0 <= index < self._count:
node = self._head
for _ in range(index + 1):
node = node.next
return node.val
else:
return -1
def addAtHead(self, val: int) -> None:
self.addAtIndex(0, val)
def addAtTail(self, val: int) -> None:
self.addAtIndex(self._count, val)
def addAtIndex(self, index: int, val: int) -> None:
if index < 0:
index = 0
elif index > self._count:
return
self._count += 1
add_node = Node(val)
prev_node, curr_node = None, self._head
for _ in range(index+1):
prev_node, curr_node = curr_node, curr_node.next
else:
prev_node.next, add_node.next = add_node, curr_node
def deleteAtIndex(self, index: int) -> None:
if 0 <= index < self._count:
self._count -= 1
prev_node, current_node = None, self._head
for _ in range(index + 1):
prev_node, current_node = current_node, current_node.next
else:
prev_node.next, current_node.next = current_node.next, None
# Your MyLinkedList object will be instantiated and called as such:
# obj = MyLinkedList()
# param_1 = obj.get(index)
# obj.addAtHead(val)
# obj.addAtTail(val)
# obj.addAtIndex(index,val)
# obj.deleteAtIndex(index)
206. 反转链表 - 视频讲解 - 思路讲解
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
Solution
# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
# def __init__(self, val=0, next=None):
# self.val = val
# self.next = next
class Solution:
def reverseList(self, head: ListNode) -> ListNode:
curr = head
pre = None
while (curr != None):
rec = curr.next
curr.next = pre
pre = curr
curr = rec
return pre
24. 两两交换链表中的节点 - 视频讲解 - 思路讲解
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
Solution
# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
# def __init__(self, val=0, next=None):
# self.val = val
# self.next = next
class Solution:
def swapPairs(self, head: ListNode) -> ListNode:
res = ListNode(next = head)
pre = res
while pre.next and pre.next.next:
curr = pre.next
post = pre.next.next
curr.next = post.next
post.next = curr
pre.next = post
pre = pre.next.next
return res.next
19. 删除链表的倒数第N个节点 - 视频讲解 - 思路讲解
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。
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
Solution
# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
# def __init__(self, val=0, next=None):
# self.val = val
# self.next = next
class Solution:
def removeNthFromEnd(self, head: ListNode, n: int) -> ListNode:
head_dummy = ListNode()
head_dummy.next = head
slow, fast = head_dummy, head_dummy
while(n!=0): #fast先往前走n步
fast = fast.next
n -= 1
while(fast.next!=None):
slow = slow.next
fast = fast.next
#fast 走到结尾后，slow的下一个节点为倒数第N个节点
slow.next = slow.next.next #删除
return head_dummy.next
206. 链表相交 - 视频讲解 - 思路讲解
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]
Solution
class Solution:
def getIntersectionNode(self, headA: ListNode, headB: ListNode) -> ListNode:
"""
根据快慢法则，走的快的一定会追上走得慢的。
在这道题里，有的链表短，他走完了就去走另一条链表，我们可以理解为走的快的指针。
那么，只要其中一个链表走完了，就去走另一条链表的路。如果有交点，他们最终一定会在同一个
位置相遇
"""
cur_a, cur_b = headA, headB # 用两个指针代替a和b
while cur_a != cur_b:
cur_a = cur_a.next if cur_a else headB # 如果a走完了，那么就切换到b走
cur_b = cur_b.next if cur_b else headA # 同理，b走完了就切换到a
return cur_a
142. 环形链表II - 视频讲解 - 思路讲解
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
Solution
class Solution:
def detectCycle(self, head: ListNode) -> ListNode:
slow, fast = head, head
while fast and fast.next:
slow = slow.next
fast = fast.next.next
# 如果相遇
if slow == fast:
p = head
q = slow
while p!=q:
p = p.next
q = q.next
#你也可以return q
return p
return None
2. 两数相加 - 视频讲解
> Problem: [2. 两数相加](https://leetcode.cn/problems/add-two-numbers/description/)
给你两个非空的链表，表示两个非负的整数。它们每位数字都是按照逆序的方式存储的，并且每个节点只能存储一位数字。
请你将两个数相加，并以相同形式返回一个表示和的链表。
你可以假设除了数字 0 之外，这两个数都不会以 0 开头。
示例 1：
输入：l1 = [2,4,3], l2 = [5,6,4]
输出：[7,0,8]
解释：342 + 465 = 807.
示例 2：
输入：l1 = [0], l2 = [0]
输出：[0]
示例 3：
输入：l1 = [9,9,9,9,9,9,9], l2 = [9,9,9,9]
输出：[8,9,9,9,0,0,0,1]
提示：
每个链表中的节点数在范围 [1, 100] 内
0 <= Node.val <= 9
题目数据保证列表表示的数字不含前导零
# Code
# Definition for singly-linked list.
# class ListNode:
# def __init__(self, val=0, next=None):
# self.val = val
# self.next = next
class Solution:
def addTwoNumbers(self, l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
# 初始化
dummy = ListNode()
cur = dummy
carry = 0
while l1 or l2 or carry:
v1 = l1.val if l1 else 0
v2 = l2.val if l2 else 0
val = v1 + v2 + carry
carry = val // 10
val = val % 10
cur.next = ListNode(val)
cur = cur.next
l1 = l1.next if l1 else 0
l2 = l2.next if l2 else 0
return dummy.next