链表加法与节点交换:数据结构的基础技能

news2025/1/11 18:33:44

两两交换链表中的节点

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）。
在这里插入图片描述

我们依旧使用虚拟头节点来进行交换。
在这里插入图片描述
这张图很是清晰的标明了我们要做的交换步骤：

首先，创建一个虚拟头节点dummyHead,并将其next指针指向head。然后定义一个临时变量temp,将其初始化为dummyHead。
使用一个while循环遍历链表，直到遇到链表的末尾(即temp.next或temp.next.next为null)。
在循环中，首先将temp.next赋值给node1,将temp.next.next赋值给node2。然后将temp的next指针指向node2,将node1的next指针指向node2的next,最后将node2的next指针指向node1，然后把temp指向node1。
循环结束后，返回dummyHead.next,即交换后的链表的头节点。

 public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        ListNode dummyHead = new ListNode(-1);
        dummyHead.next = head;
        ListNode temp = dummyHead;
        while (temp.next != null && temp.next.next != null) {
            ListNode node1 = temp.next;
            ListNode node2 = temp.next.next;
            temp.next = node2;
            node1.next = node2.next;
            node2.next = node1;
            temp = node1;
        }
        return dummyHead.next;
    }

单链表加一

给定一个用单链表表示的整数，然后把这个整数加一。
在这里插入图片描述

public ListNode plusOne(ListNode head) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        while (head != null) {
            stack.push(head.val);
            head = head.next;
        }
        int carry = 0;
        int adder = 1;
        ListNode dummy = new ListNode(0);
        while (!stack.isEmpty() || carry > 0) {
            int digit = stack.isEmpty() ? 0 : stack.pop();
            int sum = digit + carry + adder;
            carry = sum >= 10 ? 1 : 0;
            sum = sum >= 10 ? sum - 10 : sum;
            ListNode node = new ListNode(sum);
            node.next = dummy.next;
            dummy.next = node;
            adder = 0;
        }
        return dummy.next;
    }

我们的实现思路就是先把链表压入栈中，给最低位加一，用carry来记录是否有进位，然后用头插的方式把加一的链表连接起来。

首先创建一个空的栈（Stack）用于保存链表中的数字，并将链表中的每个节点的值依次入栈。
创建两个变量carry（进位）和adder（加法器），初始化carry为0， adder为1。
创建一个虚拟节点dummy，并将其值设置为0。用于存储相加后的链表。
进入while循环，直到栈为空且没有进位时结束循环。在每次循环中，我们从栈中弹出一个数字digit，并计算和sum = digit + carry + adder。
判断sum是否大于等于10，如果是，设置carry为1（表示进位），并将sum减去10。否则，carry为0。
创建一个新的节点node，值为sum，并将node插入到虚拟节点dummy之后。
继续进行下一次循环之前，将adder设为0，以确保下次循环只进行加法操作。
返回虚拟节点dummy的下一个节点，即加法操作完成后的链表头节点。

链表加法

给你两个非空链表来代表两个非负整数。数字最高位位于链表开始位置。它们的每个节点只存储一位数字。将这两数相加会返回一个新的链表。

你可以假设除了数字 0 之外，这两个数字都不会以零开头。

在这里插入图片描述
我们用两种方式来实现：

使用栈实现

public ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {
        Stack<ListNode> stack1 = new Stack<>();
        Stack<ListNode> stack2 = new Stack<>();
        while (l1 != null) {
            stack1.push(l1);
            l1 = l1.next;
        }
        while (l2 != null) {
            stack2.push(l2);
            l2 = l2.next;
        }
        ListNode dummy = new ListNode(-1);
        int carry = 0;
        while (!stack1.isEmpty() || !stack2.isEmpty() || carry != 0) {
            ListNode a = new ListNode(0);
            ListNode b = new ListNode(0);
            if (!stack1.isEmpty()) {
                a.val = stack1.pop().val;
            }
            if (!stack2.isEmpty()) {
                b.val = stack2.pop().val;
            }
            int sum = carry + a.val + b.val;
            int ans = sum % 10;
            carry = sum / 10;
            ListNode cur = new ListNode(ans);
            cur.next = dummy.next;
            dummy.next = cur;
        }
        return dummy.next;
    }

以上代码实现了两个链表的加法操作。

首先创建两个栈stack1和stack2，分别用于存储链表l1和l2中的节点。
使用while循环，将链表l1和l2的节点依次入栈到stack1和stack2中。
创建一个虚拟节点dummy，并将其值设为-1，用于存储相加后的链表。
创建一个变量carry用于表示进位，初始值为0。
进入while循环，条件为stack1或stack2不为空，或者carry不为0。在每次循环中，我们从stack1和stack2中弹出当前节点的值。
创建两个新的节点a和b，并将它们的值设为stack1和stack2弹出的节点值。
计算和sum = carry + a.val + b.val，以及当前节点的值ans = sum % 10。
更新进位carry = sum / 10。
创建一个新的节点cur，将其值设为ans，并将cur插入到虚拟节点dummy之后。
继续进行下一次循环，直到stack1、stack2为空且carry为0。
返回虚拟节点dummy的下一个节点，即加法操作完成后的链表头节点。

使用链表反转实现

先将两个链表反转，然后计算结果之后，将结果进行反转。

 public ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {
        l1 = reverse(l1);
        l2 = reverse(l2);
        ListNode head = new ListNode(-1);
        ListNode cur = head;
        int carry = 0;
        while (l1 != null || l2 != null) {
            int val = carry;
            if (l1 != null) {
                val += l1.val;
                l1 = l1.next;
            }
            if (l2 != null) {
                val += l2.val;
                l2 = l2.next;
            }
            cur.next = new ListNode(val % 10);
            carry = val / 10;
            cur = cur.next;
        }
        if (carry > 0) {
            cur.next = new ListNode(carry);
        }
        return reverse(head.next);
    }

    public ListNode reverse(ListNode head) {
        ListNode cur = head;
        ListNode pre = null;
        while (cur != null) {
            ListNode next = cur.next;
            cur.next = pre;
            pre = cur;
            cur = next;
        }
        return pre;
    }