算法（二）——数组章节和链表章节

白夜的月亮2023-09-20 10:35

数组章节

（1）二分查找

给定一个 n 个元素有序的（升序）整型数组 nums 和一个目标值 target ，写一个函数搜索 nums 中的 target，如果目标值存在返回下标，否则返回 -1。

java 复制代码 
class Solution {
    public int search(int[] nums, int target) {
        //二分查找法
       int right=nums.length-1;
       int left=0;

       while(left<=right){
           int mid=(right+left)/2;
           if(target<nums[mid]){
               right=mid-1;
           }else if(target>nums[mid]){
               left=mid+1;
           }else{
               return mid;
           }
       }
       return -1;
    }
}

（2）双指针------移除元素

  • 给你一个数组 nums 和一个值 val，你需要 原地 移除所有数值等于 val 的元素，并返回移除后数组的新长度。
  • 不要使用额外的数组空间，你必须仅使用 O(1) 额外空间并 原地 修改输入数组。
  • 元素的顺序可以改变。你不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。
java 复制代码 
class Solution {
    public int removeElement(int[] nums, int val) {
        //双指针（quick-遍历数组 slow-将不等于val的元素依次插入新数组）
        int slow=0;
        for(int quick=0;quick<nums.length;quick++){
            if(nums[quick]!=val){
                nums[slow]=nums[quick];
                slow++;
            }
        }
        return slow;   //slow指针指向空位，等待插入，所以slow值等于新数组长度
    }
}

（3）有序数组的平方

给你一个按 非递减顺序 排序的整数数组 nums，返回 每个数字的平方 组成的新数组，要求也按 非递减顺序 排序。

java 复制代码 
class Solution {
    public int[] sortedSquares(int[] nums) {
        // 结果数组
        int n = nums.length;
        int[] result = new int[n];
        // 双指针
        int left = 0;
        int right = n - 1;

        while (left <= right) {
            if (Math.pow(nums[left], 2) >= Math.pow(nums[right], 2)) {
                result[n - 1] = (int) Math.pow(nums[left], 2);
                left++;
            } else {
                result[n - 1] = (int) Math.pow(nums[right], 2);
                right--;
            }
            n--;
        }

        return result;
    }
}

（4）长度最小的子数组

  • 给定一个含有 n 个正整数的数组和一个正整数 target 。
  • 找出该数组中满足其总和大于等于 target 的长度最小的 连续子数组 [numsl, numsl+1, ..., numsr-1, numsr] ，并返回其长度。如果不存在符合条件的子数组，返回 0 。
java 复制代码 
class Solution {
    public int minSubArrayLen(int target, int[] nums) {
        int res = 2147483647;//整数最大值
        int len;
        int sum=0;
        int i=0;//i 为窗口开始位置，j 为窗口终止位置
        for(int j=i;j<nums.length;j++){
            sum+=nums[j];
            while(sum>=target){
                len=j-i+1;
                res=Math.min(len,res);
                sum-=nums[i++];//不断移动i，直到区间内的和< target
            }
            //跳出while循环后，遍历继续j，j指针重新与i指针合并
        }
        return res==2147483647? 0:res;//数组总和都达不到target，res没有改变
    }
}

（5）螺旋矩阵

给你一个 m 行 n 列的矩阵 matrix ，请按照 顺时针螺旋顺序 ，返回矩阵中的所有元素。

java 复制代码 
class Solution {
    public List<Integer> spiralOrder(int[][] matrix) {
        //这个二维数组行列不确定
        List<Integer> result = new ArrayList<>();
        //matrix.length     行数
        //matrix[0].length  列数
        if (matrix == null || matrix.length == 0 || matrix[0].length == 0) {
            return result;
        }
        
        int rows = matrix.length;    //行
        int cols = matrix[0].length; //列
        //定义四个变量top、bottom、left、right，分别表示当前遍历的上边界、下边界、左边界和右边界。
        //初始时，上边界为0，下边界为行数减1，左边界为0，右边界为列数减1。
        int top = 0, bottom = rows - 1, left = 0, right = cols - 1;
        
        while (top <= bottom && left <= right) {
            // 从左到右
            if(right!=0){ //判断只有一列的情况
                for (int i = left; i <= right; i++) {
                result.add(matrix[top][i]);
            }
            top++;
            }
            
            // 从上到下
            if(bottom!=0){//判断只有一行的情况
                for (int i = top; i <= bottom; i++) {
                result.add(matrix[i][right]);
            }
            right--;
            }
            
            // 从右到左
            if (top <= bottom) {
                for (int i = right; i >= left; i--) {
                    result.add(matrix[bottom][i]);
                }
                bottom--;
            }
            
            // 从下到上
            if (left <= right) {
                for (int i = bottom; i >= top; i--) {
                    result.add(matrix[i][left]);
                }
                left++;
            }
        }
        
        return result;
      
    }
}

链表章节

（6）移除链表中的元素

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 。

java 复制代码 
/**
 * 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 {
    //该方法没有头结点
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
    // 处理头节点为需要删除的节点的情况
    while (head != null && head.val == val) {//这个while需要注意
        head = head.next;
    }
    
    // 处理链表为空的情况（你前面持续删除首结点，当然得判断链表是不是被你删空嘞）
    if (head == null) {
        return head;
    }
    
    // 遍历链表，删除节点
    ListNode cur = head;
    while (cur.next != null) {
        if (cur.next.val == val) {
            cur.next = cur.next.next;
        } else {
            cur = cur.next;
        }
    }
    
    return head;
}
}

(7)设计链表

定义一个双链表，并实现它的基本操作

java 复制代码 
 //双链表
    class ListNode{
        int val;
        ListNode next;
        ListNode prev;
        ListNode(){}
        ListNode(int val){
            this.val=val;
        }
    }
class MyLinkedList {
    //链表长度
    int size;
    //虚拟头结点
    ListNode head;
    
    public MyLinkedList() {
        size = 0;
        head = new ListNode(0);
        head.next = null;
        head.prev = null;
    }
    
    //根据索引查询并返回元素
    public int get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        
        ListNode curr = head;
        for (int i = 0; i <= index; i++) {
            curr = curr.next;
        }
        
        return curr.val;
    }
    
    //头插法
    public void addAtHead(int val) {
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        newNode.next = head.next;
        newNode.prev = head;
        if (head.next != null) {
            head.next.prev = newNode;
        }
        head.next = newNode;
        size++;
    }
    
    //尾插法
    public void addAtTail(int val) {
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        ListNode curr = head;
        while (curr.next != null) {
            curr = curr.next;
        }
        
        curr.next = newNode;
        newNode.prev = curr;
        size++;
    }
    
    //按索引添加新结点
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index < 0 || index > size) {
            return;
        }
        
        if (index == 0) {
            addAtHead(val);
            return;
        }
        
        if (index == size) {
            addAtTail(val);
            return;
        }
        
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        ListNode curr = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            curr = curr.next;
        }
        
        newNode.next = curr.next;
        newNode.prev = curr;
        curr.next.prev = newNode;
        curr.next = newNode;
        size++;
    }
    
    //按索引删除结点
    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        
        ListNode curr = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            curr = curr.next;
        }
        
        curr.next = curr.next.next;
        if (curr.next != null) {
            curr.next.prev = curr;
        }
        size--;
    }
}



/**
 * 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);
 */

(8)翻转链表

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。

java 复制代码 
/**
 * 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) {
        //双链表
        ListNode cur=head;
        ListNode pre=null;
        ListNode temp=new ListNode();

        while(cur!=null){
            temp=cur.next;
            cur.next=pre;

            //这两步不能颠倒
            pre=cur;
            cur=temp;

        }

        return pre;
    }
}

(9)两两交换链表中的结点

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）。

java 复制代码 
/**
 * 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 demo=new ListNode();//虚拟头结点
        demo.next=head;//让虚拟头结点指向head首结点
        ListNode cur=demo;//遍历指针
        ListNode first;//保存需要交换的第一个结点
        ListNode second;//保存需要交换的第二个结点
        ListNode temp;//临时变量存储结点

        //开始遍历
        while(cur.next!=null && cur.next.next!=null){//分别考虑链表长度为偶数和奇数情况
            first=cur.next;
            second=cur.next.next;
            //开始交换位置
            temp=cur.next.next.next;//保存第二组结点的第一个结点
            //开始交换
            cur.next=second;
            second.next=first;
            first.next=temp;
            //cur需要变到下一组的前面结点
            cur=first;//注意此时链表的顺序以及改变
        }

        return demo.next;
    }
}

（10）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。

java 复制代码 
/**
 * 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 removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
        //虚拟头结点
        ListNode demo=new ListNode(-1);
        demo.next=head;
        //双指针法
        ListNode slow=demo;
        ListNode fast=demo;
        //fast首先走n + 1步 
        //因为只有这样同时移动的时候slow才能指向删除节点的上一个节点（方便做删除操作
        for (int i = 0; i < n  ; i++){
            fast=fast.next;
        }
        //双指针开始同步右移
        while(fast.next!=null){
            fast=fast.next;
            slow=slow.next;
        }

        //此时slow指针指向倒数第N+1个结点
        //开始删除
        slow.next=slow.next.next;

        //这里返回的是demo.next而不是head；
        return demo.next;
    }
}

(11)链表相交

"双指针法"具体步骤如下：

  1. 创建两个指针p1和p2，分别指向两个链表的头节点。
  2. 同时移动两个指针p1和p2，每次移动一个节点。
  3. 当其中一个指针到达链表末尾时（即指向null），将它指向另一个链表的头结点。
  4. 继续移动两个指针，直到它们相遇或者都指向null。
  5. 如果两个指针相遇，则说明两个链表有交点，返回该节点。
  6. 如果两个指针都指向null，则说明两个链表没有交点，返回null。
java 复制代码 
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {

        if(headA==null || headB==null) return null;
        //双指针法
        ListNode p1=headA;
        ListNode p2=headB;

        //开始遍历
        while(p1!=p2){
            if(p1==null){
                p1=headB;
            }else{
                p1=p1.next;
            }

            if(p2==null){
                p2=headA;
            }else{
                p2=p2.next;
            }
        }

        return p1;
    }
}

(12)环型链表

  • 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。
java 复制代码 
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        //数学题（追击问题）
        //有环必相遇
        //第一步：判断是否有环
        ListNode slow=head;
        ListNode fast=head;

        while(fast!=null && fast.next!=null){
            slow=slow.next;//一次移动一个结点
            fast=fast.next.next;//一次移动两个结点

            if(slow==fast){//有环
            //第一步：找环的第一个结点
            //根据公式，存在n=1，即快指针在第二圈途中与慢指针相遇，浪漫吗? 累成狗了，浪漫个屁。
            ListNode slowRecord=slow;//记录彼此的第一次邂逅,慢指针依旧原地开始走
            ListNode fastEx=head;//快指针回head首结点重新开始追
            while(slowRecord!=fastEx){
                //这回两人都得一步一步走，直到相遇，相遇点即为环入口
                slowRecord=slowRecord.next;
                fastEx=fastEx.next;
            }
            return slowRecord;
            }
        }

            //无环无缘喽
            return null;
    }
}
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