链表类算法【leetcode】

链表的定义

面试时，需要自己手写...

// 单链表
struct ListNode {
    int val;  // 节点上存储的元素
    ListNode *next;  // 指向下一个节点的指针
    ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}  // 节点的构造函数
};

【构造函数可以省略，C++默认生成一个构造函数，但是这个构造函数不会初始化任何成员变量】

//自己定义构造函数初始化节点
ListNode* head = new ListNode(5);

//使用默认构造函数初始化节点
ListNode* head = new ListNode();
head->val = 5;

203.移除链表元素

2024.11.09

题目：给你一个链表的头节点 head 和一个整数 val ，请你删除链表中所有满足 Node.val == val 的节点，并返回 新的头节点 。力扣题目链接

说明一下，使用C++来做leetcode，如果移除一个节点之后，没有手动在内存中删除这个节点，leetcode依然也是可以通过的，只不过，内存使用的空间大一些而已，但建议依然要养成手动清理内存的习惯。当然如果使用java ，python的话就不用手动管理内存了。

此处的链表是单链表，所以找不到前节点，只能找到后节点。

然后要删去头结点处理会比较特殊，所以头结点和其他节点要分开处理，除非你设一个虚拟头结点指向头结点，就可以统一处理方式，这也是一种方法。

我是对二者分开处理。如果前面n个val的值都是val，那么每次删除完之后，头节点又是待删除节点，所以不要使用if要使用while。

两次处理

/**
 * 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* removeElements(ListNode* head, int val) {
        //删除头结点的情况
        while(head != NULL && head -> val == val)       
        //这里不可以用if，因为可能一连串的val都在链表前端，会导致删完头结点后，下一个头结点还是等于val
        {
            ListNode* temp = head;
            head = head -> next;
            delete temp;
        }
        //为什么cur指向head，因为除了头结点外，其他被删除节点都在head后面，单链表不能找前节点，只能用next
        ListNode* cur = head;
        //删除非头节点
        while(cur != NULL && cur -> next != NULL)
        {
            if(cur -> next -> val == val)
            {
                ListNode* temp = cur -> next;
                cur -> next = cur -> next -> next;
                delete temp;
            }
            else
            {
                cur = cur -> next;
            }
        }
        return head;
    }
};

统一处理

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0); // 设置一个虚拟头结点
        dummyHead->next = head; // 将虚拟头结点指向head，这样方便后面做删除操作
        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;
    }
};

707.设计链表

题目：

你可以选择使用单链表或者双链表，设计并实现自己的链表。

单链表中的节点应该具备两个属性：val 和 next 。val 是当前节点的值，next 是指向下一个节点的指针/引用。

如果是双向链表，则还需要属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点下标从 0 开始。

实现 MyLinkedList 类：

MyLinkedList() 初始化 MyLinkedList 对象。
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 。
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 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 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 deleteAtIndex(int index) 如果下标有效，则删除链表中下标为 index 的节点。

有个值得注意的点，这里的index应该是从0开始的....

class MyLinkedList {
public:
    // 单链表结构体
    struct LinkedNode {
        int val;
        LinkedNode* next;
        LinkedNode(int val) : val(val), next(nullptr) {}
    };

    // 初始化链表
    MyLinkedList() {
        dummyNode = new LinkedNode(0);  // 虚拟头结点
        length = 0;
    }
    
    int get(int index) {
        if(index > (length -1) || index < 0)
        {
            return -1;
        }
        LinkedNode* temp = dummyNode -> next;
        while(index--)
        {
            temp = temp -> next;
        }
        return  temp -> val;
    }
    
    
    void addAtHead(int val) {
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);  //新键结点
    
        //顺序不可调换，因为如果是dummyNode先指向newNode，那么dummyNode指向头结点的next就断了
        newNode -> next = dummyNode -> next;
        dummyNode -> next = newNode;
        length++;
    }
    
    
    void addAtTail(int val) {
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);  //新键结点
        LinkedNode* temp = dummyNode;
        while(temp->next)
        {
            temp = temp -> next;
        }
            temp->next = newNode;
            length++;
    }
    
    void addAtIndex(int index, int val) {
        if(index > length)
            return;
        if(index == length)
        {
            addAtTail(val);
            return;  
        }
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);  //新键结点
        LinkedNode* temp = dummyNode;
        while(index--) {
            temp = temp -> next;
        }
        newNode -> next = temp -> next;
        temp -> next = newNode;
        length++;
    }
    
    void deleteAtIndex(int index) {
        if(index < 0 || index >= length)  // 确保 index 在有效范围内
            return;
        LinkedNode* cur = dummyNode;
        while(index--) {
            cur = cur->next;  // 遍历到目标节点的前一个节点
        }
        LinkedNode* temp = cur->next;  // 获取目标节点
        cur->next = cur->next->next;  // 删除目标节点
        delete temp;  // 释放内存
        length--;
    }


private:
    LinkedNode* dummyNode; // 虚拟头结点
    int length; // 链表长度
};

前面一直忘记声明变量，一直报错，断断续续修改了2h，感觉自己基本告别计算机行业了....

206.反转链表

题目：反转一个单链表。

思路：首先定义一个cur指针，指向头结点，再定义一个pre指针，初始化为null。

然后就要开始反转了，首先要把 cur->next 节点用tmp指针保存一下，也就是保存一下这个节点。

为什么要保存一下这个节点呢，因为接下来要改变 cur->next 的指向了，将cur->next 指向pre ，此时已经反转了第一个节点了。

接下来，就是循环走如下代码逻辑了，继续移动pre和cur指针。

最后，cur 指针已经指向了null，循环结束，链表也反转完毕了。此时我们return pre指针就可以了，pre指针就指向了新的头结点。

双指针法

/**
 * 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* reverseList(ListNode* head) {
        //双指针法
        ListNode* temp; //用于在链表断链的时候，保存住下一个结点
        ListNode* cur = head;   //当前结点
        ListNode* pre = NULL;   //前结点，因为翻转之后的末尾就是原序的头，所以这里设置pre为NULL

        while(cur) //循环条件：当cur指向null的时候，就是所有结点被遍历完的时候，所以最后不能返回cur,要返回cur
        {
            temp = cur -> next;     
            cur -> next = pre;  //将后一个结点指向前一个
            pre = cur;          
            cur = temp;
        }

        head = pre;
        return head;
    }
};

递归法

class Solution {
public:
    ListNode* reverse(ListNode* pre,ListNode* cur){
        if(cur == NULL) return pre;
        ListNode* temp = cur->next;
        cur->next = pre;
        // 可以和双指针法的代码进行对比，如下递归的写法，其实就是做了这两步
        // 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
        // ListNode* cur = head;
        // ListNode* pre = NULL;
        return reverse(NULL, head);
    }

};

24. 两两交换链表中的节点

题目：

给定一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后的链表。

你不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际的进行节点交换。力扣题目链接

创建虚拟头结点，循环操作，老套路了，这道medium有点简单，但仍需注意许多细节，这里有很多next，一不小心就会漏掉。

/**
 * 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) {
        //创建一个虚拟头结点
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
        dummyHead -> next = head;
        ListNode* cur = dummyHead;

        //循环条件顺序不能变，如果cur->next不存在就判断cur->next->next会报错
        while(cur -> next != NULL && cur -> next -> next != NULL)
        {
            //保存断链之后，仍需用到的结点
            ListNode* temp1 = cur -> next;      
            ListNode* tmep2 = cur -> next -> next -> next;

            cur -> next = cur -> next -> next;
            cur -> next -> next = temp1;
            cur -> next -> next -> next = tmep2;

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