双指针的基本应用

news2024/9/22 17:23:13

一、环形链表 I

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方法1:哈希表

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struct hashTable {
    struct ListNode* key;
    UT_hash_handle hh;
};

struct hashTable* hashtable;

struct hashTable* find(struct ListNode* ikey) {
    struct hashTable* tmp;
    HASH_FIND_PTR(hashtable, &ikey, tmp);
    return tmp;
}

void insert(struct ListNode* ikey) {
    struct hashTable* tmp = malloc(sizeof(struct hashTable));
    tmp->key = ikey;
    HASH_ADD_PTR(hashtable, key, tmp);
}

bool hasCycle(struct ListNode* head) {
    hashtable = NULL;
    while (head != NULL) {
        if (find(head) != NULL) {
            return true;
        }
        insert(head);
        head = head->next;
    }
    return false;
}

代码解释
(1) HASH_FIND_PTR(hashtable, &ikey, tmp);
  在这段代码中，hashtable 是哈希表的头指针，&ikey 是要查找的键，它是一个指向链表节点指针的指针的地址，tmp 是查找结果的输出参数，它是一个指向哈希表项的指针。因此，HASH_FIND_PTR(hashtable, &ikey, tmp) 的作用是在哈希表中查找指定键的哈希表项，并将结果存储在 tmp 中。如果找到了，则返回该哈希表项；否则返回 NULL。

(2)HASH_ADD_PTR(hashtable, key, tmp);
  在这段代码中，hashtable 是哈希表的头指针，key 是哈希表项中表示键的字段，它是一个指向链表节点指针的指针，tmp 是要添加的键值对，它是一个指向哈希表项的指针。因此，HASH_ADD_PTR(hashtable, key, tmp) 的作用是将一个键值对添加到哈希表中，其中键是 tmp->key，即链表节点的指针，值是 tmp，即哈希表项的指针，同时更新哈希表的头指针 hashtable。

C++

class Solution {
public:
    bool hasCycle(ListNode *head) {
        //定义了一个 unordered_set<ListNode*> seen，
        //表示存储已经遍历过的链表节点的集合。
        unordered_set<ListNode*> seen;
        while (head != nullptr) {
            if (seen.count(head)) {
                return true;
            }
            seen.insert(head);
            head = head->next;
        }
        return false;
    }
};

方法2：快慢指针

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C

bool hasCycle(struct ListNode* head) {
    if (head == NULL || head->next == NULL) {
        return false;
    }
    struct ListNode* slow = head;
    struct ListNode* fast = head->next;
    while (slow != fast) {
        //检测快指针 fast 是否到达了链表的末尾。如果 fast 指针到达了末尾，
        //即 fast 指向空节点或者 fast 的下一个节点为空节点，则说明链表没有环，
        //返回 false。
        if (fast == NULL || fast->next == NULL) {
            return false;
        }
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
    }
    return true;
}

C++

class Solution {
public:
    bool hasCycle(ListNode* head) {
        if (head == nullptr || head->next == nullptr) {
            return false;
        }
        ListNode* slow = head;
        ListNode* fast = head->next;
        while (slow != fast) {
            if (fast == nullptr || fast->next == nullptr) {
                return false;
            }
            slow = slow->next;
            fast = fast->next->next;
        }
        return true;
    }
};

二、环形链表 II

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方法1:哈希表

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C

struct hashTable {
    struct ListNode* key;
    UT_hash_handle hh;
};

struct hashTable* hashtable;

struct hashTable* find(struct ListNode* ikey) {
    struct hashTable* tmp;
    HASH_FIND_PTR(hashtable, &ikey, tmp);
    return tmp;
}

void insert(struct ListNode* ikey) {
    struct hashTable* tmp = malloc(sizeof(struct hashTable));
    tmp->key = ikey;
    HASH_ADD_PTR(hashtable, key, tmp);
}

struct ListNode* detectCycle(struct ListNode* head) {
    hashtable = NULL;
    while (head != NULL) {
        if (find(head) != NULL) {
            return head;
        }
        insert(head);
        head = head->next;
    }
    return false;
}

C++

class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        unordered_set<ListNode *> visited;
        while (head != nullptr) {
            if (visited.count(head)) {
                return head;
            }
            visited.insert(head);
            head = head->next;
        }
        return nullptr;
    }
};

方法2：快慢指针

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C

struct ListNode* detectCycle(struct ListNode* head) {
    struct ListNode *slow = head, *fast = head;
    while (fast != NULL) {
        slow = slow->next;
        if (fast->next == NULL) {
            return NULL;
        }
        fast = fast->next->next;
        if (fast == slow) {
            struct ListNode* ptr = head;
            while (ptr != slow) {
                ptr = ptr->next;
                slow = slow->next;
            }
            return ptr;
        }
    }
    return NULL;
}

C++

class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        ListNode *slow = head, *fast = head;
        while (fast != nullptr) {
            slow = slow->next;
            if (fast->next == nullptr) {
                return nullptr;
            }
            fast = fast->next->next;
            if (fast == slow) {
                ListNode *ptr = head;
                while (ptr != slow) {
                    ptr = ptr->next;
                    slow = slow->next;
                }
                return ptr;
            }
        }
        return nullptr;
    }
};

三、相交链表

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方法1:哈希集合

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C

struct HashTable {
    struct ListNode *key;
    UT_hash_handle hh;
};

struct ListNode *getIntersectionNode(struct ListNode *headA, struct ListNode *headB) {
    struct HashTable *hashTable = NULL;
    struct ListNode *temp = headA;
    while (temp != NULL) {
        struct HashTable *tmp;
        HASH_FIND(hh, hashTable, &temp, sizeof(struct HashTable *), tmp);
        if (tmp == NULL) {
            tmp = malloc(sizeof(struct HashTable));
            tmp->key = temp;
            HASH_ADD(hh, hashTable, key, sizeof(struct HashTable *), tmp);
        }
        temp = temp->next;
    }
    temp = headB;
    while (temp != NULL) {
        struct HashTable *tmp;
        HASH_FIND(hh, hashTable, &temp, sizeof(struct HashTable *), tmp);
        if (tmp != NULL) {
            return temp;
        }
        temp = temp->next;
    }
    return NULL;
}

代码解释:
(1)HASH_FIND(hh, hashTable, &temp, sizeof(struct HashTable *), tmp);
HASH_FIND(hh, hashTable, &temp, sizeof(struct HashTable *), tmp); 的作用是在哈希表 hashTable 中查找是否存在指针 temp 所指向的 ListNode 节点，如果找到了就将指向 HashTable 结构体的指针赋值给 tmp，否则将 tmp 赋值为 NULL。

(2)HASH_ADD(hh, hashTable, key, sizeof(struct HashTable *), tmp);
HASH_ADD(hh, hashTable, key, sizeof(struct HashTable *), tmp); 的作用是将指针 tmp 所指向的 HashTable 结构体添加到哈希表 hashTable 中。具体来说，它将 tmp 关联到 key 成员（即指向 ListNode 的指针），并将 tmp 添加到哈希表中。

C++

class Solution {
public:
    ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {
        unordered_set<ListNode *> visited;
        ListNode *temp = headA;
        while (temp != nullptr) {
            visited.insert(temp);
            temp = temp->next;
        }
        temp = headB;
        while (temp != nullptr) {
            if (visited.count(temp)) {
                return temp;
            }
            temp = temp->next;
        }
        return nullptr;
    }
};

方法2:双指针

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C

struct ListNode *getIntersectionNode(struct ListNode *headA, struct ListNode *headB) {
    if (headA == NULL || headB == NULL) {
        return NULL;
    }
    struct ListNode *pA = headA, *pB = headB;
    while (pA != pB) {
        pA = pA == NULL ? headB : pA->next;
        pB = pB == NULL ? headA : pB->next;
    }
    return pA;
}

C++

class Solution {
public:
    ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {
        if (headA == nullptr || headB == nullptr) {
            return nullptr;
        }
        ListNode *pA = headA, *pB = headB;
        while (pA != pB) {
            pA = pA == nullptr ? headB : pA->next;
            pB = pB == nullptr ? headA : pB->next;
        }
        return pA;
    }
};

四、删除链表的倒数第N个节点

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方法1：计算链表长度

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C

int getLength(struct ListNode* head) {
    int length = 0;
    while (head) {
        ++length;
        head = head->next;
    }
    return length;
}

struct ListNode* removeNthFromEnd(struct ListNode* head, int n) {
    struct ListNode* dummy = malloc(sizeof(struct ListNode));
    dummy->val = 0, dummy->next = head;
    int length = getLength(head);
    struct ListNode* cur = dummy;
    for (int i = 1; i < length - n + 1; ++i) {
        cur = cur->next;
    }
    cur->next = cur->next->next;
    struct ListNode* ans = dummy->next;
    free(dummy);
    return ans;
}

C++

class Solution {
public:
    int getLength(ListNode* head) {
        int length = 0;
        while (head) {
            ++length;
            head = head->next;
        }
        return length;
    }

    ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
        ListNode* dummy = new ListNode(0, head);
        int length = getLength(head);
        ListNode* cur = dummy;
        for (int i = 1; i < length - n + 1; ++i) {
            cur = cur->next;
        }
        cur->next = cur->next->next;
        ListNode* ans = dummy->next;
        delete dummy;
        return ans;
    }
};

代码解释:
(1)ListNode* dummy = new ListNode(0, head);
在C++中，使用new关键字可以动态地在堆上分配内存，返回指向该内存的指针。ListNode(0, head)是调用ListNode类的构造函数，创建一个新的ListNode对象，并将0和head作为参数传递给构造函数。因为该构造函数接收两个参数，所以使用了括号括起来的两个参数。

这段代码的作用是创建一个虚拟头节点，将其值初始化为0，next指针指向head，这样可以方便处理删除头节点的情况。因为该虚拟头节点是动态分配的，所以在函数结束时需要调用delete关键字释放动态分配的内存。

方法2：栈

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