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代码随想录算法训练营第三天 | 链表理论基础; 203.移除链表元素;707.设计链表;206.反转链表

thinkTV
2023-04-21 / 0 评论 / 1 点赞 / 1,649 阅读 / 2,366 字 / 正在检测是否收录...

1. 链表理论基础

代码随想录 原文

  • 链表是一种通过指针串联在一起的线性结构
  • 节点由数据域和指针域组成,指针域存放指向下一个节点的指针
  • 链表的入口节点称为链表的头结点

1.1 链表类型

单链表

  • 单链表中的指针域只能指向节点的下一个节点
  • 最后一个节点的指针域指向null

图片-1682058187146

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
  • 既可以向前查询也可以向后查询

图片-1682058582493

循环链表

  • 链表首尾相连,一个节点的指针域指向链表的头结点

图片-1682058635358

1.2 链表存储

  • 链表在内存中不是连续分布的
  • 链表是通过指针域的指针链接在内存中各个节点
  • 链表散乱分布在内存中的某地址上,分配机制取决于操作系统的内存管理

1.3 链表定义

面试需要手写链表

C/C++的定义链表节点方式:

// 单链表
struct ListNode {
    int val;  // 节点上存储的元素
    ListNode *next;  // 指向下一个节点的指针
    ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}  // 节点的构造函数
};

C++也可以使用默认构造函数初始化节点,但初始化的时候就不能直接给变量赋值

//通过自己定义构造函数初始化节点
ListNode* head = new ListNode(5);

//使用默认构造函数初始化节点:
ListNode* head = new ListNode();
head->val = 5;

1.4 链表操作

删除节点

删除D节点:

图片-1682061376029

  • 将C节点的next指针 指向E节点
  • 在C++里最好是再手动释放这个D节点的内存

添加节点

图片-1682061532010

  • 将C节点的next指针 指向F节点
  • 将F节点的next指针 指向D节点

1.5 性能分析

插入/删除(时间复杂度) 查询(时间复杂度) 适用场景
数组 O(n)O(n) O(1)O(1) 数据量固定,较少增删,频繁查询的场景
链表 O(1)O(1) O(n)O(n) 数据量固定,频繁增删,较少查询的场景

2. 移除链表元素

代码随想录 原文

力扣题目: 203.移除链表元素

2.1 思路

删除的不是头节点:

就是让节点next指针直接指向下下一个节点就可以了
从内存中删除这移除的节点

图片-1682064023823

删除的是头节点:

  1. 直接使用原来的链表来进行删除操作

将头结点向后移动一位,就从链表中移除了一个头结点。

图片-1682064070281

  1. 设置一个虚拟头结点在进行删除操作
  • 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。
  • return 头结点的时候,需要返回新的头结点 return dummyNode->next;

图片-1682064190231

2.2 代码

直接使用原来的链表来进行移除节点操作:

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        // 删除头结点
        while (head != NULL && head->val == val) { // 注意这里不是if
            ListNode* tmp = head;
            head = head->next;
            delete tmp;
        }

        // 删除非头结点
        ListNode* cur = head;
        while (cur != NULL && cur->next!= NULL) {
            if (cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            } else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        return head;
    }
};

设置一个虚拟头结点在进行移除节点操作:

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        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 != NULL) {
            if(cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            } else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        head = dummyHead->next;
        delete dummyHead;
        return head;
    }
};

3. 链表功能实现

代码随想录 原文

力扣题目: 707.设计链表

3.1 思路

这道题目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

设置一个虚拟头结点在进行操作(操作一致!

3.2 代码

class MyLinkedList {
public:
    // 定义链表节点结构体
    struct LinkedNode {
        int val;
        LinkedNode* next;
        LinkedNode(int val):val(val), next(nullptr){}
    };

    // 初始化链表
    MyLinkedList() {
        _dummyHead = new LinkedNode(0); // 这里定义的头结点 是一个虚拟头结点,而不是真正的链表头结点
        _size = 0;
    }

    // 获取到第index个节点数值,如果index是非法数值直接返回-1, 注意index是从0开始的,第0个节点就是头结点
    int get(int index) {
        if (index > (_size - 1) || index < 0) {
            return -1;
        }
        LinkedNode* cur = _dummyHead->next;
        while(index--){ // 如果--index 就会陷入死循环
            cur = cur->next;
        }
        return cur->val;
    }

    // 在链表最前面插入一个节点,插入完成后,新插入的节点为链表的新的头结点
    void addAtHead(int val) {
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
        newNode->next = _dummyHead->next;
        _dummyHead->next = newNode;
        _size++;
    }

    // 在链表最后面添加一个节点
    void addAtTail(int val) {
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while(cur->next != nullptr){
            cur = cur->next;
        }
        cur->next = newNode;
        _size++;
    }

    // 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
    // 如果index小于0,则在头部插入节点
    void addAtIndex(int index, int val) {

        if(index > _size) return;
        if(index < 0) index = 0;        
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while(index--) {
            cur = cur->next;
        }
        newNode->next = cur->next;
        cur->next = newNode;
        _size++;
    }

    // 删除第index个节点,如果index 大于等于链表的长度,直接return,注意index是从0开始的
    void deleteAtIndex(int index) {
        if (index >= _size || index < 0) {
            return;
        }
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while(index--) {
            cur = cur ->next;
        }
        LinkedNode* tmp = cur->next;
        cur->next = cur->next->next;
        delete tmp;
        _size--;
    }

    // 打印链表
    void printLinkedList() {
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while (cur->next != nullptr) {
            cout << cur->next->val << " ";
            cur = cur->next;
        }
        cout << endl;
    }
private:
    int _size;
    LinkedNode* _dummyHead;

};

4. 反转链表

代码随想录 原文

力扣题目: 707.设计链表

面试常考

4.1 思路

定义一个新的链表,实现链表元素的反转(浪费内存空间

  • 在原始链表操作
  • 改变链表的next指针的指向,直接将链表反转

图片-1682067463693

双指针法:

  1. 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
  2. cur->next 节点用tmp指针保存一下,也就是保存一下这个节点。
  3. 将cur->next 指向pre ,此时已经反转了第一个节点了
  4. 循环移动pre和cur指针
  5. 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

图片-1682068203622

递归法:

1. 和双指针法是一样的逻辑,从前往后翻转指针指向

反转函数(cur ,pre){
判断(cur是否为空,是否结束)
是:return pre
否:cur->next 指向pre
循环移动pre和cur指针
再调用:反转函数(cur ,pre)
}

先了解双指针法再学习递归

2. 不同思路的递归写法,从后往前翻转指针指向

图片-1682073646299
图片-1682073756414
图片-1682073831757
图片-1682073864590

4.2 代码实现

双指针法

class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        ListNode* temp; // 保存cur的下一个节点
        ListNode* cur = head;
        ListNode* pre = NULL;
        while(cur) {
            temp = cur->next;  // 保存一下 cur的下一个节点,因为接下来要改变cur->next
            cur->next = pre; // 翻转操作
            // 更新pre 和 cur指针
            pre = cur;
            cur = temp;
        }
        return pre;
    }
};

递归法从前往后翻转指针指向

class Solution {
public:
    ListNode* reverse(ListNode* pre,ListNode* cur){
        if(cur == NULL) return pre;
        ListNode* temp = cur->next;
        cur->next = pre;
        // 可以和双指针法的代码进行对比,如下递归的写法,其实就是做了这两步
        // pre = cur;
        // cur = temp;
        return reverse(cur,temp);
    }
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        // 和双指针法初始化是一样的逻辑
        // ListNode* cur = head;
        // ListNode* pre = NULL;
        return reverse(NULL, head);
    }

};

递归法从后往前翻转指针指向

class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        // 边缘条件判断
        if(head == NULL) return NULL;
        if (head->next == NULL) return head;
        
        // 递归调用,翻转第二个节点开始往后的链表
        ListNode *last = reverseList(head->next);
        // 翻转头节点与第二个节点的指向
        head->next->next = head;
        // 此时的 head 节点为尾节点,next 需要指向 NULL
        head->next = NULL;
        return last;
    }
}; 

5 .总结

  • 链表的定义要能手撕
  • C,C++编程语言的话,移除链表元素还需要从内存中删除这两个移除的节点
  • 设置一个虚拟头结点,原链表的所有节点就都可以按照统一的方式进行操作
  • 反转链表要先了解双指针法,再了解递归法
  • 返回链表的头节点要确认是否返回正确

学习时间180min

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