代码随想录训练营Day4 | 24. 两两交换链表中的节点 | 19.删除链表的倒数第N个节点 | 面试题 02.07. 链表相交

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Leetcode 24. 两两交换链表中的节点

题目描述

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）。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4]
输出：[2,1,4,3]

示例 2：

输入：head = []
输出：[]

示例 3：

输入：head = [1]
输出：[1]

解题思路：

按照题目来模拟节点交换，接下来就是交换相邻两个元素了，此时一定要画图，不画图，操作多个指针很容易乱，而且要操作的先后顺序，初始时，cur指向虚拟头结点，然后进行如下三步：
代码随想录 (programmercarl.com)

NOTE:
1.使用虚拟头节点，可以使得操作头节点和非头节点的操作统一；
2.一定要注意操作的顺序（自己用笔去模拟，看移动顺序是否正确）；

完整代码

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
        dummyHead->next = head;
        ListNode* cur = dummyHead;
        // 因为在操作节点时是去操作cur->next 与 cur->next->next 要判断不为空
        while(cur->next != NULL && cur->next->next != NULL) {
            // 要记录这个cur->next,当执行完步骤一后 cur->next发生改变
            ListNode* tmp = cur->next;
            // 注意一定要记录这个cur->next->next->next  要不然会超时
            ListNode* tmp1 = cur->next->next->next; // 记录临时节点

            cur->next = cur->next->next;        // 1
            cur->next->next = tmp;              // 2
            tmp->next = tmp1;                   // 3
            // tmp->next = cur->next->next->next;                 
            cur = cur->next->next;              // cur移动
        }
        ListNode* result = dummyHead->next;
        delete dummyHead;
        return result;
    }
};

在while循环中的判断条件，因为在操作节点时是去操作cur->next 与 cur->next->next 要判断不为空，而且这样也可以保证，遍历到最后如果是奇数节点也会停止交换。
操作步骤：
while循环（cur->next != NULL && cur->next->next != NULL）
记录临时节点
tmp = cur->next;
tmp1 = cur->next->next; 如果不记录这个节点结果会超时（可能是查询时间过长）
步骤1，2，3
cur->next = cur->next->next; // 1
cur->next->next = tmp; // 2
tmp->next = tmp1; // 3
cur = cur->next->next; // cur移动

Leetcode 19. 删除链表的倒数第 N 个结点

题目描述

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。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5], n = 2
输出：[1,2,3,5]

示例 2：

输入：head = [1], n = 1
输出：[]

示例 3：

输入：head = [1,2], n = 1
输出：[1]

解题思路

快慢指针（双指针），先让快指针走K步，然后两个指针同步走，当快指针走到头时，慢指针就是链表倒数第K个节点。
NOTE：要删除倒数第K个节点，就要将指针移动到这个节点前一个节点，这样才能操作删除。
操作步骤如下 假设K为1 就是倒数第一个节点；
如果是要查找倒数第K个节点，不需要虚拟头节点；

因为是要删除节点，头节点没有节点指向，删除的方式不一致，还是使用虚拟头节点方便；

并且使用了虚拟头节点，如果要找倒数第K个节点，快指针就也需要走K+1个节点

完整代码：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
        dummyHead->next = head;
        ListNode* fast = dummyHead;
        ListNode* slow = dummyHead;
        // Fast先移动n+1 因为有虚拟头节点的存在
        for (int i = 0; i < n + 1; i++) {
            fast = fast->next;
        }
        while (fast != NULL) {
            slow = slow->next;
            fast = fast->next;
        }
        ListNode* toDelete = slow->next;
        slow->next = slow->next->next;
        delete toDelete; // 释放被删除节点的内存
        // 注意如果删除的是head，就不能再返回head了，dummyHead->next就一定是新的头节点
        ListNode* newHead = dummyHead->next;
        delete dummyHead; // 释放虚拟头节点的内存
        return newHead;
    }
};

Leetcode 面试题 02.07. 链表相交

题目描述

给你两个单链表的头节点 headA 和 headB ，请你找出并返回两个单链表相交的起始节点。如果两个链表没有交点，返回 null 。

图示两个链表在节点 c1 开始相交：

题目数据保证整个链式结构中不存在环。

注意，函数返回结果后，链表必须 保持其原始结构 。

解题思路

两个链表相交是指，两个指针指向的内容相同，则说明该节点即在A链表上也在B链表上，进而说明A和B链表是相交的。如果链表有交点的化，每条链表的头节点先走完自己的链表长度，然后回头走另一条链表。

为了方便举例，假设节点元素数值相等，则节点指针相等。看如下两个链表，目前curA指向链表A的头结点，curB指向链表B的头结点：

求出两个链表的长度，并求出两个链表长度的差值，然后让curA移动到，和curB 末尾对齐的位置，如图：

此时我们就可以比较curA和curB是否相同，如果不相同，同时向后移动curA和curB，如果遇到curA == curB，则找到交点。

完整代码

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {
        ListNode* curA = headA;
        ListNode* curB = headB;
        int lenA = 0;
        int lenB = 0;
        while(curA) {
            curA = curA->next;
            lenA++;
        }
        while(curB) {
            curB = curB->next;
            lenB++;
        }
        // 注意 要将curA curB移动到头节点
        curA = headA;
        curB = headB;

        if(lenA < lenB) {
            swap(lenA, lenB);
            swap(curA, curB);
        }

        int tmp = lenA - lenB;
        for(int i=0; i<tmp; i++) {
            curA = curA->next;
        }
        while(curA) {
            if(curA == curB) {
                return curA;
            }
            curA = curA->next;
            curB = curB->next;
        }
        return NULL;
    }
};

Leetcode 142. 环形链表 II

题目描述

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。

解题思路

环形链表就是如下图所示，最后一个节点的指针指向前面节点，形成一个环形；

1.先判断链表是否有环：双指针（快慢指针）从头节点出发两个指针，快指针一次走两步，慢指针一次走一步，如果快指针和慢指针相遇，就说明链表有环存在；
NOTE：
为什么fast每次移动两个节点，slow每次移动一个节点，如果有环，则一定会在环内相遇，而不是永远错开呢？

因为fast指针一定先进入环中，如果fast指针和slow相遇，那么一定是在环中相遇，这是一定的；

为什么fast指针和slow指针一定会相遇呢？

可以画一个环，因为fast与slow间隔是一个节点，相当于fast是一个节点一个节点逐步靠近slow，所以一定会相遇，不会错开；

2.如果有环，那么如何找到这个环的入口代码随想录 (programmercarl.com)，可以查看这个文档

因为fast指针是一步走两个节点，slow指针一步走一个节点，所以 fast指针走过的节点数 = slow指针走过的节点数 * 2：

(x + y) * 2 = x + y + n (y + z)

两边消掉一个（x+y）: x + y = n (y + z)

因为要找环形的入口，那么要求的是x，因为x表示头结点到环形入口节点的的距离。

所以要求x ，将x单独放在左面：x = n (y + z) - y ,

再从n(y+z)中提出一个（y+z）来，整理公式之后为如下公式：x = (n - 1) (y + z) + z 注意这里n一定是大于等于1的，因为 fast指针至少要多走一圈才能相遇slow指针。

这个公式说明什么呢？

先拿n为1的情况来举例，意味着fast指针在环形里转了一圈之后，就遇到了 slow指针了。

当 n为1的时候，公式就化解为 x = z，

这就意味着，从头结点出发一个指针，从相遇节点也出发一个指针，这两个指针每次只走一个节点，那么当这两个指针相遇的时候就是环形入口的节点。

也就是在相遇节点处，定义一个指针index1，在头结点处定一个指针index2。

让index1和index2同时移动，每次移动一个节点，那么他们相遇的地方就是环形入口的节点。

完整代码

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        ListNode* fast = head;
        ListNode* slow = head;
        while(fast && fast->next) {
            fast = fast->next->next;
            slow = slow->next;
            // 从相遇点和头头点处分别出发一个指针，相遇点就是环的入口
            if(fast == slow) {
                ListNode* index1 = fast;
                ListNode* index2 = head;
                while(index1 != index2) {
                    index1 = index1->next;
                    index2 = index2->next;
                }
                return index1;
            }
        }
        return NULL;
    }
};

这道题比较有技巧！