代码随想录刷题题Day3

news2025/1/22 9:19:11

刷题的第三天，希望自己能够不断坚持下去，迎来蜕变。😀😀😀
刷题语言：C++ / Python
Day3 任务
● 链表理论基础
● 203.移除链表元素
● 707.设计链表
● 206.反转链表

1 链表理论基础

链表：通过指针串联在一起的线性结构，每个节点由指针域和数据域组成。
指针域：存放指向下一个节点的指针，最后一个节点的指针域指向null
数据域：节点存放着数据

（1）链表的类型

  1. 单链表
    每个节点的指针域指向下一个节点
    在这里插入图片描述
  2. 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

可以双向查询

在这里插入图片描述

  1. 循环链表
    链表首尾相连，可以用来解决约瑟环问题
    在这里插入图片描述

（2）链表的存储方式
链表在内存中不是连续分布的（区别于数组）

通过指针域的指针链接内存中的各个节点，散乱分布在内存的某地址上，分配机制取决于操作系统的内存管理

（3）链表的定义
C++的定义链表节点方式

struct ListNode
{
	int val;
	ListNode* next;
	ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
};

如果不自己定义构造函数初始化节点：

ListNode* head = ListNode();
head->val = 5;

采用上面自己定义的构造函数初始化节点可以直接给变量赋值：

ListNode* head = ListNode(5);

Python的定义链表节点方式

class ListNode:
	def __init__(self, val, next=None):
		self.val = val
		self.next = next

（4）链表的操作

  1. 删除节点
    在这里插入图片描述

将C节点的指针指向E，就间接删除了D，C++需要自己手动释放内存，Python不需要自己手动释放内存

  1. 添加节点
    在这里插入图片描述

C节点指向新节点，新节点指向D节点，就完成了在C和D节点之间插入了新节点。

（5）链表与数组的区别

  • 数组在定义的时候，长度是固定的，如果需要改变数组的长度，需要重新定义一个新的数组
  • 链表的长度可以是不固定的，动态增删，适合数据量不固定，频繁增删，少查询的场景
插入/删除查询适用场景
数组O(n)O(1)数据量固定，频繁查询，较少插入和删除的场景
链表O(1)O(n)数据量不固定，较少查询，频繁插入和删除的场景

2 移除链表元素

在这里插入图片描述

C++编程语言需要自己手动删除清理节点的内存
Python就不用手动管理内存了

😀因为单链表的特殊性，只能指向下一个节点，如果删除的是头节点怎么办？如何让头节点的前一个节点指向头节点的下一个节点。

有两种处理方式：
（1）直接使用原来的链表进行删除操作：分两步操作1.删除头节点2.删除除了头节点的其他节点
在这里插入图片描述
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，依然别忘将原头结点从内存中删掉在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

（2）设置一个虚拟头节点进行删除操作 ： 原链表的所有节点就都可以按照统一的方式进行移除了
在这里插入图片描述

  1. 直接使用原来的链表来进行移除节点操作
    在这里插入图片描述

C++:

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        // 删除头节点
		while (head != NULL && head->val == val)
		{
			ListNode* tmp = head;
			head = head->next; // 让下一个节点作为头节点
			delete tmp;
		}
		// 删除非头节点
		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;
    }
};

Python:

class Solution(object):
    def removeElements(self, head, val):
        """
        :type head: ListNode
        :type val: int
        :rtype: ListNode
        """
        while head != None and head.val == val:
            head = head.next
        cur = head
        while cur != None and cur.next != None:
            if cur.next.val == val:
                cur.next = cur.next.next
            else:
                cur = cur.next
        return head
  1. 设置一个虚拟头结点在进行移除节点操作
    在这里插入图片描述

C++:

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        ListNode* dummyhead = new ListNode(0);
        dummyhead->next = head;
        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;
    }
};

Python:

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode(object):
#     def __init__(self, val=0, next=None):
#         self.val = val
#         self.next = next
class Solution(object):
    def removeElements(self, head, val):
        """
        :type head: ListNode
        :type val: int
        :rtype: ListNode
        """
        dummyhead = ListNode(next = head)
        cur = dummyhead
        while cur.next:
        	if cur.next.val == val:
        		cur.next = cur.next.next
        	else:
        		cur = cur.next
        return dummyhead.next

3 设计链表

在这里插入图片描述

实现 MyLinkedList 类：

class MyLinkedList 
{

};

链表定义：

struct ListNode {
	int val;
	ListNode* next;
	ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
};

定义两个私有成员：

private:
	int _size;
	ListNode* _dummyhead; // 虚拟头节点
  1. MyLinkedList() 初始化 MyLinkedList 对象。
MyLinkedList()
{
	_dummyhead = new ListNode(0);
	_size = 0;
}
  1. int get(int index) 获取链表中下标为 index 的节点的值。如果下标无效，则返回 -1 。
int get(int index) {
	if (index < 0 || index > size - 1) return -1;
	ListNode* cur = _dummyhead->next;
	while (index--)
	{
		cur = cur->next;
	}
	return cur->val;
}
  1. void addAtHead(int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中第一个元素之前。在插入完成后，新节点会成为链表的第一个节点。
void addAtHead(int val) {
	ListNode* newNode = new ListNode(val);
	newNode->next = _dummyhead->next;
	_dummyhead->next = newNode;
	_size++;
}
  1. void addAtTail(int val) 将一个值为 val 的节点追加到链表中作为链表的最后一个元素。
void addAtTail(int val) {
	ListNode* cur = _dummyhead;
	ListNode* newNode = new ListNode(val);
	while (cur->next != NULL)
	{
		cur = cur->next;
	}
	cur->next = newNode;
	_size++;
}
  1. void addAtIndex(int index, int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中下标为 index 的节点之前。如果 index 等于链表的长度，那么该节点会被追加到链表的末尾。如果 index 比长度更大，该节点将 不会插入 到链表中。
void addAtIndex(int index, int val) {
	if (index < 0) index = 0;
	if (index > _size) return;
	ListNode* newNode = new	ListNode(val);
	ListNode* cur = _dummyhead;
	while (index--)
	{
		cur = cur->next;
	}
	newNode->next = cur->next;
	cur->next = newNode;
	_size++;
}
  1. void deleteAtIndex(int index) 如果下标有效，则删除链表中下标为 index 的节点。
void deleteAtIndex(int index) {
	if (index < 0 || index >= _size) return;
	ListNode* cur = _dummyhead;
	while (index--)
	{
		cur = cur->next;
	}
	ListNode* tmp = cur->next;
	cur->next = cur->next->next;
	delete tmp;
	tmp = NULL;
	_size--;
}

C++:

class MyLinkedList {
public:
struct ListNode {
    int val;
    ListNode* next;
    ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
};
    MyLinkedList() {
        _dummyhead = new ListNode(0); // 虚拟头结点
        _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 < 0 || index > _size - 1) return -1;
        ListNode* 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) {
        ListNode* newNode = new ListNode(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) {
        ListNode* newNode = new ListNode(val);
        ListNode* cur = _dummyhead;
        while(cur->next != NULL){
            cur = cur->next;
        }
        cur->next = newNode;
        _size++;
    }
    
    void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index < 0) index = 0; // 如果index小于0，则在头部插入节点
        if (index > _size) return; // 如果index大于链表的长度，则返回空
        ListNode* newNode = new ListNode(val);
        ListNode* 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;
        ListNode* cur = _dummyhead;
        while (index--)
        {
            cur = cur->next;
        }
        ListNode* tmp = cur->next;
        cur->next = cur->next->next;
        delete tmp;
        tmp = NULL;
        _size--;
    }
private:
    int _size;
    ListNode* _dummyhead;
};

4 反转列表

在这里插入图片描述
（1）双指针
只需要改变链表的next指针的指向，直接将链表反转
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
伪代码：

cur = head;
pre = NULL;
// 移动pre和cur指针 注意下面的逻辑顺序
while (cur != NULL)
{
	tmp = cur->next;
	cur->next = pre;
	pre = cur;
	cur = tmp;
}
return pre; // 返回头节点

C++:

class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        ListNode* cur = head;
        ListNode* pre = NULL;
        while (cur != NULL)
        {
        	ListNode* tmp = 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
        	// 更新pre 和 cur指针
        	pre = cur;
        	cur = tmp;
        }
        return pre;
    }
};

Python:

class Solution(object):
    def reverseList(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: ListNode
        """
        cur = head
        pre = None
        while cur != None:
            tmp = cur.next
            cur.next = pre
            pre = cur
            cur = tmp
        return pre

时间复杂度： O ( n ) O(n) O(n)
空间复杂度： O ( 1 ) O(1) O(1)
（2）递归
相对抽象,和双指针法是一样的逻辑
C++:

class Solution {
public:
	ListNode* reverse(ListNode* pre, ListNode* cur)
	{
		if (cur == NULL) return pre;
		ListNode* tmp = cur->next;
		cur->next = pre;
		// 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
        reverse(NULL, head);
    }
};

Python:

class Solution(object):
    def reverseList(self, head):
        return self.reverse(head,None)
    def reverse(self, cur, pre):
        if cur == None:
            return pre
        tmp = cur.next
        cur.next = pre
        return self.reverse(tmp, cur)

今天真是搞了不少时间，鼓励坚持三天的自己😀😀😀

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