前言
首先这里已经正式步入数据结构的知识，之前我们已经讲解了链表的使用，接下来我们需要的就是大量的练习，熟练掌握数据结构。下面的题型我们选择的都是链表的经典题型，面试题型，包含快慢指针，数形结合，链表的证明题型，链表的熟练使用。并且会由简单到相对复杂来进行讲解计算。
面试题：返回倒数第k个节点（简单）
面试题 02.02. 返回倒数第 k 个节点 - 力扣（LeetCode）
https://leetcode.cn/problems/kth-node-from-end-of-list-lcci/description/
这一题是很简单的当做试手题
题目
题目分析
1，这里的思路是利用快慢指针来进行解决
2，这里如果我们需要的是，倒数第2个节点的情况下，我们可以让快指针先移动两次
3，之后再同步进行移动，当快指针指向null的时候，说明慢指针此时指向需要的数值
4，这里需要注意的是，最后的返回值是数值->val，不是地址
代码
/** * Definition for singly-linked list. * struct ListNode { * int val; * struct ListNode *next; * }; */ typedef struct ListNode ListNode; int kthToLast(struct ListNode* head, int k) { ListNode* FAST=head; ListNode* SLOW=head; while(k--) { FAST=FAST->next; } while(FAST) { SLOW=SLOW->next; FAST=FAST->next; } return SLOW->val; }
链表回文
链表的回文结构_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com)
题目
解决思路
1，先找中间节点
2，然会进行逆置
3，最后进行对比
1，找到中间节点
这个我们采取快慢指针，来找到中间节点
快慢指针是一种常用的技巧，用于在链表或数组中找到中间节点、检测循环或者解决其他问题。快慢指针通常包括两个指针，一个快指针和一个慢指针。快指针每次移动两个节点，而慢指针每次移动一个节点。当快指针到达链表的末尾时，慢指针将指向链表的中间节点。
下面是快慢指针在链表中找到中间节点的步骤：
1. 初始化两个指针，快指针（fast）和慢指针（slow），都指向链表的头节点。
2. 在每次迭代中，将快指针向前移动两个节点，将慢指针向前移动一个节点。
3. 当快指针到达链表的末尾（即快指针为NULL或者快指针的下一个节点为NULL）时，慢指针将指向链表的中间节点。
如果链表的长度是奇数，慢指针将指向中间的节点；如果链表的长度是偶数，慢指针将指向中间两个节点的第一个节点。
下面是一个使用快慢指针在链表中找到中间节点的示例代码：```c ListNode* FindMid(ListNode* head) { if (head == NULL || head->next == NULL) { return head; // 链表为空或只有一个节点时，中间节点就是头节点 } ListNode* slow = head; ListNode* fast = head; while (fast != NULL && fast->next != NULL) { slow = slow->next; // 慢指针前进一步 fast = fast->next->next; // 快指针前进两步 } return slow; // 慢指针指向中间节点 } ```在这个示例中，当快指针到达链表的末尾时，慢指针将指向链表的中间节点。如果链表有偶数个节点，慢指针将指向第二个中间节点。如果需要找到第一个中间节点，可以在循环结束后将慢指针再向前移动一个节点。
这里的判断条件看清楚，都是对快指针的判断，因为快慢指针涉及的是奇偶数
while (fast != NULL && fast->next != NULL)
2，然会进行逆置
逆置这里，不能直接进行逆置，直接进行逆置的情况下，容易导致循环节点，所以需要修改一下，也就是创建一个指针指向头结点
单链表逆置（这里还是有点难度的）
也称为链表翻转，是将链表中的元素顺序颠倒的过程。在单链表中，每个节点都有一个指向下一个节点的指针。逆置链表意味着改变每个节点的指向，使其指向前一个节点，而不是下一个节点。
链表逆置的常用方法是使用头插法。头插法是一种常用的链表操作技巧，用于在链表的头部插入新节点。在链表逆置过程中，我们可以从头开始遍历原始链表，并将每个节点作为新链表的头节点插入。
以下是单链表逆置的步骤：
1. 初始化两个指针，一个指向原始链表的头节点（current），另一个指向新链表的头部（newHead），初始时新链表为空。
2. 遍历原始链表：
a. 使用临时指针（next）保存当前节点的下一个节点。
b. 将当前节点的下一个节点指向新链表的头部（newHead），实现头插法。
c. 更新新链表的头部为当前节点。
d. 将当前节点移动到下一个节点（即临时指针指向的节点）。
3. 当原始链表遍历完毕后，新链表即为逆置后的链表。
下面是一个使用头插法逆置单链表的示例代码：ListNode* Reverse(ListNode* head) { ListNode* newHead = NULL; // 新链表的头部 ListNode* current = head; // 当前遍历的节点 while (current != NULL) { ListNode* next = current->next; // 保存下一个节点 current->next = newHead; // 将当前节点的下一个节点指向新链表的头部 newHead = current; // 更新新链表的头部为当前节点 current = next; // 移动当前节点到下一个节点 } return newHead; // 返回新链表的头部 }在这个示例中，`Reverse` 函数接受一个链表的头节点 `head` 作为参数，并返回逆置后的链表的头节点 `newHead`。通过头插法，原始链表中的每个节点都被逆序插入到新链表的头部，从而实现了链表的逆置。
图解
1，首先这里是一个环回链表，我们已经找到了中间节点
2，此时我们设置好变量
3，我们进行逆置的行动
我们不能直接进行逆置，这样的话会导致最后进行对比的时候，产生循环所以我们需要让中间数值的下一个节点指向null，然后再进行下面节点的转化
3，最后进行对比
也就是，
代码
/* struct ListNode { int val; struct ListNode *next; ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {} };*/ //进行重命名 #include <cstddef> class PalindromeList { public: typedef struct ListNode ListNode; //找到中间节点 ListNode* FindMid(ListNode* head) { if(head == NULL || head->next == NULL) { return head; } ListNode*slow =head; ListNode*fast =head; //这里的判断判断全部都是奇偶数 while(fast && fast->next) { slow=slow->next; fast=fast->next->next; } //返回中间节点 return slow; } //翻转链表 ListNode* Flip(ListNode* mid) { ListNode* newhead = NULL; ListNode* cur = mid; while (cur) { ListNode* next= cur->next; //进行头插，不能直接进行链表的翻转，不然会产生回环链表 cur->next = newhead; newhead = cur; cur = next; } return newhead; } //进行对比，是回文结构就进行返回bool数值，不是的话返回null bool chkPalindrome(ListNode* A) { ListNode*mid= FindMid(A); ListNode*title=Flip(mid); while(A && title) { if(A->val != title->val) { return false; } A = A->next; title = title->next; } return true; } };
相交链表
160. 相交链表 - 力扣（LeetCode）
题目
解决思路
1，找到相交的点
相交链表的关键也就是找到相交的点，所以我们需要首先判断有没有相交的节点，没有相交的节点结束返回NULL，有相交的节点继续，此时我们已经算出各自的链表的长度（一次循环）
2，算出长度差值
3，遍历找到节点
最后一步两个节点同时移动，当两个节点的地址等于的时候，此时也就是找到了相交的节点
代码
/** * Definition for singly-linked list. * struct ListNode { * int val; * struct ListNode *next; * }; */ typedef struct ListNode ListNode; ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) { //这里的起始节点是1，因为链表场赌博是从1开始计算的 int contA = 1; int contB = 1; //进行判断，是不是有相同的尾结点 ListNode*cureA = headA; ListNode*cureB = headB; while(cureA) { cureA = cureA->next; //计算A链表的长度 contA++; } while(cureB) { cureB = cureB->next; //计算B链表的长度 contB++; } if(cureA != cureB) { return NULL; } //假设法，假设A长 //长的先走，直到指向的位置是平行的 if(contA > contB) { int contsame = contA-contB; while(contsame--) { headA = headA->next; } } else { int contsame = contB-contA; while(contsame--) { headB = headB->next; } } //找到交点 while(headA) { if(headA == headB) { return headA; } headA = headA->next; headB = headB->next; } return NULL; }
随机链表的复制
138. 随机链表的复制 - 力扣（LeetCode）
题目
给你一个长度为
n的链表，每个节点包含一个额外增加的随机指针random，该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。构造这个链表的 深拷贝。 深拷贝应该正好由
n个 全新 节点组成，其中每个新节点的值都设为其对应的原节点的值。新节点的next指针和random指针也都应指向复制链表中的新节点，并使原链表和复制链表中的这些指针能够表示相同的链表状态。复制链表中的指针都不应指向原链表中的节点 。例如，如果原链表中有
X和Y两个节点，其中X.random --> Y。那么在复制链表中对应的两个节点x和y，同样有x.random --> y。返回复制链表的头节点。
用一个由
n个节点组成的链表来表示输入/输出中的链表。每个节点用一个[val, random_index]表示：
val：一个表示Node.val的整数。random_index：随机指针指向的节点索引（范围从0到n-1）；如果不指向任何节点，则为null。你的代码 只 接受原链表的头节点
head作为传入参数。
解题思路和图解
我们看见这个题目的时候首先就是看不懂，有点懵的。其实这都是我们想复杂了、这里你不能来回去追求random指向的节点的哪里，只需要直接进行拷贝就可以
步骤1（考察链表的创建，赋值）：
- 首先我们需要复制链表节点
- 然后我们把赋值的节点里面是数值val放到复制的节点里面，这里是不需要赋值next的，因为你只需要直接进行插入就可以，形成新的长的链表。
- 一边复制一边把节点插入到原链表里面形成一个
步骤2（考察链表的逻辑关系）：
- 此时我们复制val到链表里面并没有复制random也就是随机节点，所以这里我们需要复制随机节点
- 首先我们判断这个节点里面的random指向的节点是不是NULL，如果是NULL也就是说明指向空，也就是最后一个节点
- 如果不是NULL ，也就是说明，这个节点指向的下一个节点不是NUILL，此时我们需要注意，这里的关键点来了。我们需要让拷贝节点里面的random的地址是原链表的random指向的下一个节点，也就是random的->next，这样我们就达到我们不需要进行指向，直接就把地址拷贝过来。
步骤3（考察链表的插入）：
- 最后一步，很简单，只需要把链表拷贝的节点和原链表分开
- 最后返回新链表的头结点
代码
/** * Definition for a Node. * struct Node { * int val; * struct Node *next; * struct Node *random; * }; */ //这里进行重命名一下，后期使用的时候不需要一直写struct typedef struct Node Node; Node* copyRandomList(Node* head) { //创建节点，复制节点，插入节点 Node* cur = head; while(cur) { //创建节点，并且进行检验 Node* copy = (Node*)malloc(sizeof(Node)); if(copy == NULL) { perror("copyRandomList:copy:error"); exit(1); } //复制数值 copy->val = cur->val; //插入链表(这一步，两个不能交换) copy->next = cur->next; cur->next = copy; //遍历 cur = copy->next; } //复制random节点 cur = head;//cur一移动了重新指向头结点 while(cur) { Node* copy = cur->next;//找到copy拷贝节点,这里必须是循环里面的，因为每次都需要改变位置 if(cur->random == NULL) { copy->random = NULL; } else { copy->random = cur->random->next; } //遍历 cur = copy->next; } //取出需要的节点，返回头结点 cur = head;//cur一移动了重新指向头结点 Node* copyhead = NULL;Node* copytile = NULL;//创建头结点和尾结点，不创建哨兵位了 while(cur) { //这一步已经完成循环移动了，我们只需要每次移动cur就可以完成整体的移动 Node* copy = cur->next; Node* pure = copy->next; if(copytile == NULL) { copyhead = copytile = copy; } else { //进行尾插 copytile->next = copy; copytile = copytile->next; } cur = pure; } //返回新链表头结点 return copyhead; }
环形链表（是否成环）（简单）（证明题）
141. 环形链表 - 力扣（LeetCode）
题目
解题思路
1，我们把判断问题，用快慢指针搞成追击问题
代码
/** * Definition for singly-linked list. * struct ListNode { * int val; * struct ListNode *next; * }; */ //如果链表中存在环 ，则返回 true 。 否则，返回 false 。 typedef struct ListNode ListNode; bool hasCycle(struct ListNode *head) { //快慢指针来解决 ListNode* slow = head;ListNode* fast = head; while(fast && fast->next) { slow = slow->next; fast = fast->next->next; if(fast == slow) { return true; } } return false; }1，为什么一定会相遇，有没有可能错过，永远追不上？请证明（面试题）
一定会相遇
证明：已知这里是一次走两步
所以我们按照快指针一次两步进行推算
已知是快慢指针，所以我们已经从判断问题，变成了追击问题，
2，slow一次走一步，fast一次走3,4,5,6，n步行不行，为什么，请证明
证明：这里我们需要假设是快指针一次走三步
那此时说明3slow==fast
也就是三倍距离
所以我们进行证明
那么此时有两种可能性
第一种也就是当差距为偶数的时候
第二种也就是当差距为奇数的时候
是否存在追不上的情况（证明）
什么情况下会追不上，也就是当第一次循环没有追上，第二次-1依旧是奇数没有追上，那么此时存在追不上的情况，但是这种情况是否存在？接下来我们进行证明。
环形链表（成环的相交的节点在哪）（中等）（证明题）
142. 环形链表 II - 力扣（LeetCode）
题目
解题思路（证明一下）
这里的关键点在于你需要证明L==T
然后就可以解题
代码
/** * Definition for singly-linked list. * struct ListNode { * int val; * struct ListNode *next; * }; */ typedef struct ListNode ListNode; ListNode *detectCycle(ListNode *head) { ListNode* fast = head; ListNode* slow = head; while(fast && fast->next) { fast = fast->next->next; slow = slow->next; if(fast == slow) { ListNode* cur = head; ListNode* meet = slow; while(cur != meet) { cur = cur->next; meet = meet->next; } return meet; } } return NULL; }
顺序表和链表之间区别
顺序表和链表是两种基本的数据结构，它们在存储方式和操作特性上有所不同：
1. **存储方式**：
- **顺序表**：顺序表是连续的内存空间，元素按顺序依次存放。每个元素的地址可以通过首元素地址加上偏移量来直接计算。
- **链表**：链表中的元素可以分散地存储在内存中，每个元素（节点）包含数据和指向下一个节点的指针。链表的存储是非连续的，节点间通过指针连接。
2. **元素访问**：
- **顺序表**：可以直接通过索引快速访问任何一个元素，时间复杂度为O(1)。
- **链表**：访问特定节点需要从头节点开始，按顺序遍历，时间复杂度为O(n)。
3. **插入和删除操作**：
- **顺序表**：插入或删除元素时，可能需要移动大量元素以保持连续性，时间复杂度为O(n)。
- **链表**：插入或删除元素只需改变指针，时间复杂度为O(1)（但查找插入位置或删除节点仍需O(n)）。
4. **空间利用**：
- **顺序表**：需要预先分配固定大小的内存空间，可能会造成空间浪费。
- **链表**：动态分配内存，更灵活地利用空间。
5. **内存分配**：
- **顺序表**：通常在栈上或通过malloc一次性分配。
- **链表**：节点在堆上动态分配，通过指针链接。
6. **适用场景**：
- **顺序表**：适用于频繁随机访问元素的场合。
- **链表**：适用于频繁插入和删除元素的场合。
两者各有优势，选择哪种数据结构取决于具体应用场景和需求。在实际应用中，还会根据需要衍生出多种链表的变体，如双向链表、循环链表等，以适应不同的应用场景。
原地扩容和异地扩容
原地扩容（In-place expansion）和异地扩容（Out-of-place expansion）通常是指在数据结构或存储系统中对容量进行扩展的两种方式。
1. **原地扩容（In-place expansion）**：
- 这种方式通常指的是在原有的空间内进行扩容，不需要移动数据到新的位置。
- 例子包括：在数组或内存池中，当需要更多空间时，可以在原有内存地址后追加更多的空间。这种方式可能涉及到复杂的内存管理，因为可能需要重新分配更大的连续内存块，并移动原有数据到新位置。
2. **异地扩容（Out-of-place expansion）**：
- 异地扩容则是将数据移动到一个新的、更大的空间中，通常是创建一个新的数据结构或存储空间，然后将旧数据复制或迁移到新空间。
- 例子包括：在链表结构中，可以通过创建新的节点并在新节点中存储更多的数据来实现扩容。在文件系统中，可能需要将文件从一个分区移动到另一个更大的分区。
在具体的技术应用中，原地扩容和异地扩容有其各自的优缺点：
- 原地扩容可能更高效，因为它不需要复制大量数据到新的位置，但可能涉及到复杂的内存管理和潜在的内存碎片问题。
- 异地扩容可能更简单实现，因为它通常涉及到创建新的资源，但数据迁移过程可能会耗费较多时间和资源。
选择哪种扩容方式取决于具体的应用场景、资源限制以及对性能的要求。在设计数据结构和系统时，通常会根据实际需求来决定最合适的扩容策略。原地扩容和异地扩容
原地扩容
异地扩容
这里不要释放 不管是原地还是异地
如果是原地扩容说明是原来的地址
如果是异地扩容，则不需要手动释放，会主动释放
计算机的存储体系
存在内存里面的时候 不通电是不行的 这里是临时存储的
内存的存储速度比硬盘快
这里是越往下越便宜
eax寄存器
cpu是不会直接访问内存的
因为觉得太慢了
所以一般加载到缓存再访问
然后进行访问
与程序员相关的CPU缓存知识 | 酷 壳 - CoolShell
