leetcode链表相关题目

追风赶月、2024-02-13 11:06

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链表学习完以后，来做点相关题目吧

1.移除链表元素

方法1：

在原链表的基础上直接删除指定元素

  • 若当前节点是要删除的节点，则将其前驱节点指向当前节点的下一个节点
  • 若当前节点不是要删除的节点，前驱节点指向当前节点，当前节点后移
  • 特殊情况：
    • 循环判断，若头节点是要删除的节点，则将头节点后移
    • 头节点不为空
c 复制代码 
struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val) {
    struct ListNode* cur = head;
    struct ListNode* prev = head;
    //判断头节点
    while(head && head->val == val)
    {
        head = head->next;
    }
    //链表为空
    if(head == NULL)
    {
        return NULL;
    }
    //正常情况
    while(cur)
    {
        if(cur->val == val)
        {
            prev->next = cur->next;
        }
        else
        {
            prev = cur;
        }
        cur =  cur->next;
    }
    return head;
}

方法2

创建一个新的链表存放未删除的元素

  • 先创建一个虚拟的头节点，指向新链表，同时记录该链表的尾
  • 若当前节点是要删除的元素，直接后移
  • 若当前节点不是要删除的元素，连接到新链表的尾后
  • 将新链表尾节点的next置为空（断开与原链表的连接）
c 复制代码 
struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val) {
    //设置新链表的头
    struct ListNode* newhead = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    newhead->val = -1;
    newhead->next = NULL;
    struct ListNode* cur = head;
    struct ListNode* tail = newhead;
    while(cur)
    {
        if(cur->val == val)
        {
            cur = cur->next;
        }
        else
        {
            tail->next = cur;
            tail = tail->next;
            cur = cur->next;
        }
    }
    //将新链表与原链表断开
    tail->next = NULL;
    struct ListNode* ret = newhead->next;
    free(newhead);
    newhead = tail = NULL;
    return ret;
}

2.合并两个有序链表

创建一个新的链表

  • 两个指针分别指向两个链表
  • 将两指针所指向的元素的较小值连接到新链表的尾
  • 若有一个指针走到空，则将另一个指针连接到新链表的尾
c 复制代码 
struct ListNode* mergeTwoLists(struct ListNode* list1, struct ListNode* list2) {
    //定义新链表的头
    struct ListNode* newhead = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    newhead->val = -1;
    newhead->next = NULL;

    struct ListNode* tail = newhead;
    //比较链表元素
    while(list1 && list2)
    {
        if(list1->val < list2->val)
        {
            tail->next = list1;
            tail = tail->next;
            list1 = list1->next;
        }
        else
        {
            tail->next = list2;
            tail = tail->next;
            list2 = list2->next;
        }
    }
    //若有一个链表为空，则连接另一个
    if(list1)
    {
        tail->next = list1;
    }
    else
    {
        tail->next = list2;
    }
    struct ListNode* ret = newhead->next;
    free(newhead);
    newhead = tail = NULL;
    return ret;
}

3.链表的中间节点

方法1

统计链表长度，计算出中间位置；再寻找中间位置

c 复制代码 
struct ListNode* middleNode(struct ListNode* head) {
    struct ListNode* cur = head;
    int len = 0;
    while(cur)
    {
        len++;
        cur = cur->next;
    }
    int count = 0;
    cur = head;
    while(count < (len / 2))
    {
        count++;
        cur = cur->next;
    }
    return cur;
}

方法2

快慢指针法：一个指针一次走一步，一个指针一次走两步。当快指针尾空或者快指针的next为空，那么慢指针所指向的元素就是中间元素。

c 复制代码 
struct ListNode* middleNode(struct ListNode* head) {
    struct ListNode* slow = head;
    struct ListNode* fast = head;
    while(fast && fast->next)
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
    }
    return slow;
}

4.反转单链表

方法1

定义一个新的头节点，然后遍历链表，采取头插

c 复制代码 
struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head) {
    struct ListNode* newHead = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    newHead->val = -1;
    newHead->next = NULL;

    while(head)
    {
        //先记录后继节点
        struct ListNode* next = head->next;
        //头插
        head->next = newHead->next;
        newHead->next = head;
        //节点后移
        head = next;
    }
    return newHead->next;
}

方法2

原地直接反转

  • 先记录当前节点的后继节点，以便节点后移
  • 当前节点指向其前驱节点
  • 前驱节点后移
  • 当前节点后移
  • prev即为反转后新的头
c 复制代码 
struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head) {
    struct ListNode* next = NULL;
    struct ListNode* prev = NULL;
    struct ListNode* cur = head;

    while(cur)
    {
        next = cur->next;
        cur->next = prev;
        prev = cur;
        cur = next;
    }
    return prev;
}

5.分割链表

思路：

  • 给定两个新的链表，一个放小于X的元素，一个放大于X的元素
  • 元素尾插至新链表
  • 将两个新链表相连
c 复制代码 
struct ListNode* partition(struct ListNode* head, int x){
    struct ListNode* minHead = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    struct ListNode* maxHead = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    struct ListNode* minTail = minHead;
    struct ListNode* maxTail = maxHead;
    struct ListNode* cur = head;

    while(cur)
    {
        if(cur->val < x)
        {
            minTail->next = cur;
            minTail = minTail->next;
        }
        else
        {
            maxTail->next = cur;
            maxTail = maxTail->next;
        }
        cur = cur->next;
    }
    //防止成环
    maxTail->next = NULL;
    minTail->next = maxHead->next;
    struct ListNode* ret = minHead->next;
    free(minHead);
    free(maxHead);
    return ret;
}

6.链表中的倒数第k个节点

方法1：

思路：倒数第k就是正数第n-k+1个（n为链表长度）

特殊情况：

  • k应该小于链表长度
  • k不能为0
  • 链表不能为空
c 复制代码 
struct ListNode* FindKthToTail(struct ListNode* pListHead, int k) {
    struct ListNode* cur = pListHead;
    int len = 0;
    //求链表的长度
    while (cur)
    {
        len++;
        cur = cur->next;
    }
    //特殊情况判断
    //1.k不能大于链表长度
    //2.k不能为0
    //3.链表不为空
    if (k > len || k == 0 || pListHead == NULL)
    {
        return NULL;
    }
    //倒数第k个就是正数第n-k+1个
    int n = 1;
    len = len - k + 1;
    cur = pListHead;
    while (n != len)
    {
        n++;
        cur = cur->next;
    }
    return cur;
}

方法2:

快慢指针：快指针先走k步，然后快慢一起走

c 复制代码 
struct ListNode* FindKthToTail(struct ListNode* pListHead, int k ) {
    struct ListNode* fast = pListHead;
    struct ListNode* slow = pListHead;
    //快指针先走k步
    while(k--)
    {
        //fast不能走出链表（k符合）
        if(fast)
        {
            fast = fast->next;
        }
        else 
        {
            return NULL;
        }
    }
    while(fast)
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next;
    }
    return slow;
}

7.环形链表的约瑟夫问题

解题思路：

  • 构建环形链表，给每个节点编号
  • 逢m就删除节点，再从新报数
c 复制代码 
typedef struct ListNode  ListNode;

//创建节点
ListNode* CreatNode(int x)
{
    ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    newnode->val = x;
    newnode->next = NULL;
    return newnode;
}

//构建环
ListNode* CreatCircle(int n)
{
    ListNode* head = CreatNode(1);
    ListNode* tail = head;
    //连续创建节点
    for(int i=2; i<=n; i++)
    {
        ListNode* newnode = CreatNode(i);
        //连接节点
        tail->next = newnode;
        tail = tail->next;
    }
    //成环
    tail->next = head;
    //返回尾节点的目的是：防止第一个元素就是要删除的元素
    return tail;
}

int ysf(int n, int m ) {
    ListNode* prev = CreatCircle(n);
    ListNode* cur = prev->next;
    int count = 1;
    //有多个节点继续报数，直到剩下一个节点
    while(cur->next != cur)
    {
        //逢m就删除
        if(count == m)
        {
            prev->next = cur->next;
            free(cur);
            cur = prev->next;
            count = 1;
        }
        else 
        {
            prev = cur;
            cur = cur->next;
            count++;
        }
    }
    return cur->val;
}

8.链表的回文结构

思路：从链表的中间节点逆置后半段，然后比较前半段与后半段是否相等。

  • 快慢指针找链表的中间节点
  • 从中间节点反转单链表
  • 节点比较


c 复制代码 
	//找中间节点
    ListNode* FindMid(ListNode* A)
    {
        ListNode* fast = A;
        ListNode* slow = A;
        while(fast && fast->next)
        {
            fast = fast->next->next;
            slow = slow->next;
        }
        return slow;   
    }
	//反转
    ListNode* Reverse(ListNode* mid)
    {
        ListNode* cur = mid;
        ListNode* prev = NULL;
        ListNode* next = NULL;
        while(cur)
        {
            next = cur->next;
            cur->next = prev;
            prev = cur;
            cur = next;
        }
        return prev;
    }

    bool chkPalindrome(ListNode* A) {
        ListNode* mid = FindMid(A);
        ListNode* midhead = Reverse(mid);

        while(midhead)
        {
            if(A->val == midhead->val)
            {
                A = A->next;
                midhead = midhead->next;
            }
            else 
            {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

9.相交链表

方法1

将链表A中的每一个节点与链表B中的每一个节点比较，看是否相等。

  • 若相等，则返回相等的节点
  • 若所有节点都不相等，则链表不相交。
c 复制代码 
struct ListNode *getIntersectionNode(struct ListNode *headA, struct ListNode *headB) {
    struct ListNode* curA = headA;
    struct ListNode* curB = headB;
    while(curA)
    {
        curB = headB;
        while(curB)
        {
            //若节点相等，直接返回相等节点
            if(curA == curB)
            {
                return curA;
            }
            curB = curB->next;
        }
        curA = curA->next;
    }
    //A中每一个节点都与B比较完毕，仍无交点
    return NULL;
}

方法2：

分别计算两链表长度，长的先走长度差步，然后再一起走，判断是否相等。

  • 再求链表长度的同时，若两链表的最后一个节点相等，则二者一定相交
c 复制代码 
struct ListNode* getIntersectionNode(struct ListNode *headA, struct ListNode *headB) {
    struct ListNode* curA = headA;
    struct ListNode* curB = headB;
    int lenA = 0;
    int lenB = 0;
    //先计算链表各自的长度，都少计算一个
    while(curA->next)
    {
        lenA++;
        curA = curA->next;
    }
    while(curB->next)
    {
        lenB++;
        curB = curB->next;
    }
    //若不相交，直接返回空
    if(curA != curB)
    {
        return NULL;
    }
    //算长度差
    int  gap = abs(lenA - lenB);
    struct ListNode* longList = headA;
    struct ListNode* shortList = headB;
    if(lenA < lenB)
    {
        longList = headB;
        shortList = headA;
    }
    //长的先走长度差步
    while(gap--)
    {
        longList = longList->next;
    }
    //同时走，找交点
    while(longList && shortList)
    {
        if(longList == shortList)
        {
            return shortList;
        }
        longList = longList->next;
        shortList = shortList->next;
    }
    return NULL;
}

10.环形链表

思路：快慢指针。

  • 一个指针一次走一步，一个指针一次走两步
  • 若快指针走到了空，则不带环
  • 若快指针与慢指针相遇，则带环
c 复制代码 
bool hasCycle(struct ListNode *head) {
    struct ListNode * fast = head;
    struct ListNode * slow = head;
    while(fast && fast->next)
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
        if(slow == fast)
        {
            return true;
        }
    }
    return false;
}

为什么这样可以呢?

为什么不是一个走1步一个走3步？一个走1步一个走4步？一个走1步一个走6步？...


若N为奇数，C-1也为奇数则永远追不上（存在这种情况吗？）

所以，一步两步走是最保险也是最简单的方式，不会错过。

11.环形链表Ⅱ

思路：快慢指针，找到二者的相遇点。再使用两指针，从相遇点和链表头开始走，二者相遇点就是入环点

c 复制代码 
struct ListNode *detectCycle(struct ListNode *head) {
    struct ListNode* slow = head;
    struct ListNode* fast = head;

    while(fast && fast->next)
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
        if(slow == fast)
        {
            struct ListNode* meet = slow;
            while(meet != head)
            {
                meet = meet->next;
                head = head->next;
            }
            return meet;
        }
    }
    return NULL;
}

原理

12.随机链表的复制


本题的难点在于random的指向难以找到

思路：

  • 在原链表每个节点的后面尾插一个新的节点
  • 根据原链表，找到新链表的random指向
  • 将新链表的节点与原链表分离，恢复原链表

第一步：连接新节点

第二步：搞清random指向
新链表random就是原链表random的next!!!

第三步：将新链表从原链表上摘下来

c 复制代码 
struct Node* copyRandomList(struct Node* head) {
	struct Node* cur = head;
    //插入新节点
    while(cur)
    {
        struct Node* newnode = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));
        //连接新节点
        newnode->val = cur->val;
        newnode->next = cur->next;
        cur->next = newnode;
        //原链表后移
        cur = cur->next->next;
    }
    //random
    cur = head;
    while(cur)
    {
        struct Node* newnode = cur->next;
        if(cur->random == NULL)
        {
            newnode->random = NULL;
        }
        else
        {
            newnode->random = cur->random->next;
        }
        cur = cur->next->next;
    }
    //摘新链表
    struct Node* newhead = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));
    newhead->next = NULL;
    newhead->random = NULL;
    struct Node* tail = newhead;
    cur = head;
    while(cur)
    {
        //尾插新链表
        struct Node* newnode = cur->next;
        tail->next = newnode;
        tail = tail->next;
        //恢复原链表
        cur->next = newnode->next;

        cur = cur->next;
    }
    return newhead->next;
}
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