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代码随想录训练营｜Day 3｜链表理论基础，203.移除链表元素，707.设计链表，206.反转链表

时间：2022-09-23 03:11:18浏览次数：80  
标签：head ListNode val int 随想录 next 链表 移除

链表理论基础

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(Node) 一个是指针域（Next），最后一个节点的指针域指向null。

链接的入口节点称为链表的头结点也就是head。

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  • 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。
  • 循环链表就是链表首尾相连。
  • 数组是在内存中是连续分布的，但是链表在内存中可不是连续分布的。
  • 各个节点分布在内存的不同地址空间上，通过指针串联在一起。
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

Deleting a Node
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只要将C节点的next指针 指向E节点就可以了。

Adding a Node
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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，查找的时间复杂度是O(n)。

性能分析

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  • 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。

203.Remove Linked List Elements

Given the head of a linked list and an integer val, remove all the nodes of the linked list that has Node.val == val, and return the new head.

Example 1:

https://assets.leetcode.com/uploads/2021/03/06/removelinked-list.jpg

Input: head = [1,2,6,3,4,5,6], val = 6
Output: [1,2,3,4,5]

Example 2:

Input: head = [], val = 1
Output: []

Example 3:

Input: head = [7,7,7,7], val = 7
Output: []

Constraints:

  • The number of nodes in the list is in the range [0, 104].
  • 1 <= Node.val <= 50
  • 0 <= val <= 50

Two ways:

  • 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。

Removing Head Node
移除头结点和移除其他节点的操作是不一样的，因为链表的其他节点都是通过前一个节点来移除当前节点，而头结点没有前一个节点。
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。
or
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。

/**
 * 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 removeElements(ListNode head, int val) {
        ListNode dummy = new ListNode(-1);
        dummy.next = head;
        ListNode cur = dummy;
        while(cur.next != null){
            if(cur.next.val == val){
                cur.next = cur.next.next;
            } else {
                cur = cur.next;
            }
        }
        return dummy.next;
    }
}

For Future References

题目链接：https://leetcode.com/problems/remove-linked-list-elements/

文章讲解： https://programmercarl.com/0203.移除链表元素.html

视频讲解：https://www.bilibili.com/video/BV18B4y1s7R9/

707. Design a Linked List

Design your implementation of the linked list. You can choose to use a singly or doubly linked list.A node in a singly linked list should have two attributes: val and next. val is the value of the current node, and next is a pointer/reference to the next node.If you want to use the doubly linked list, you will need one more attribute prev to indicate the previous node in the linked list. Assume all nodes in the linked list are 0-indexed.

Implement the MyLinkedList class:

  • MyLinkedList() Initializes the MyLinkedList object.
  • int get(int index) Get the value of the indexth node in the linked list. If the index is invalid, return 1.
  • void addAtHead(int val) Add a node of value val before the first element of the linked list. After the insertion, the new node will be the first node of the linked list.
  • void addAtTail(int val) Append a node of value val as the last element of the linked list.
  • void addAtIndex(int index, int val) Add a node of value val before the indexth node in the linked list. If index equals the length of the linked list, the node will be appended to the end of the linked list. If index is greater than the length, the node will not be inserted.
  • void deleteAtIndex(int index) Delete the indexth node in the linked list, if the index is valid.

Example 1:

Input
["MyLinkedList", "addAtHead", "addAtTail", "addAtIndex", "get", "deleteAtIndex", "get"]
[[], [1], [3], [1, 2], [1], [1], [1]]
Output
[null, null, null, null, 2, null, 3]

Explanation
MyLinkedList myLinkedList = new MyLinkedList();
myLinkedList.addAtHead(1);
myLinkedList.addAtTail(3);
myLinkedList.addAtIndex(1, 2);    // linked list becomes 1->2->3
myLinkedList.get(1);              // return 2
myLinkedList.deleteAtIndex(1);    // now the linked list is 1->3
myLinkedList.get(1);              // return 3

Constraints:

  • 0 <= index, val <= 1000
  • Please do not use the built-in LinkedList library.
  • At most 2000 calls will be made to get, addAtHead, addAtTail, addAtIndex and deleteAtIndex.

设计链表的五个接口：

  • 获取链表第index个节点的数值
  • 在链表的最前面插入一个节点
  • 在链表的最后面插入一个节点
  • 在链表第index个节点前面插入一个节点
  • 删除链表的第index个节点
//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
    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
    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }

    //在链表的最后插入一个节点
    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);
 */

For Future References

题目链接：https://leetcode.com/problems/design-linked-list/

文章讲解： https://programmercarl.com/0707.设计链表.html#代码

视频讲解：https://www.bilibili.com/video/BV1FU4y1X7WD/

206. Reverse Linked List

Given the head of a singly linked list, reverse the list, and return the reversed list.

Example 1:

https://assets.leetcode.com/uploads/2021/02/19/rev1ex1.jpg

Input: head = [1,2,3,4,5]
Output: [5,4,3,2,1]

Example 2:

https://assets.leetcode.com/uploads/2021/02/19/rev1ex2.jpg

Input: head = [1,2]
Output: [2,1]

Example 3:

Input: head = []
Output: []

Constraints:

  • The number of nodes in the list is the range [0, 5000].
  • 5000 <= Node.val <= 5000

Follow up: A linked list can be reversed either iteratively or recursively. Could you implement both?

Iterative Approach:

首先定义一个cur指针，指向头结点，再定义一个pre指针，初始化为null。

然后就要开始反转了，首先要把 cur->next 节点用tmp指针保存一下，也就是保存一下这个节点。

为什么要保存一下这个节点呢，因为接下来要改变 cur->next 的指向了，将cur->next 指向pre ，此时已经反转了第一个节点了。

接下来，就是循环走如下代码逻辑了，继续移动pre和cur指针。

最后，cur 指针已经指向了null，循环结束，链表也反转完毕了。 此时我们return pre指针就可以了，pre指针就指向了新的头结点。

/**
 * 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) {
        if(head == null || head.next == null){
            return head;
        }
        ListNode prev = null;
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){
            ListNode nxt = cur.next;
            cur.next = prev;
            prev = cur;
            cur = nxt;
        }
        return prev;
    }
}

Recursive Approach:
同样是当cur为空的时候循环结束，不断将cur指向pre的过程。

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

For Future References

题目链接：https://leetcode.com/problems/reverse-linked-list/

文章讲解： https://programmercarl.com/0206.翻转链表.html#双指针法

视频讲解：https://www.bilibili.com/video/BV1nB4y1i7eL/

标签：head,ListNode,val,int,随想录,next,链表,移除
From： https://www.cnblogs.com/bluesociety/p/16721412.html

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