剑指 Offer 06. 从尾到头打印链表

输入一个链表的头节点，从尾到头反过来返回每个节点的值（用数组返回）。

示例 1

输入：head = [1,3,2]

输出：[2,3,1]

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
class Solution {
    public int[] reversePrint(ListNode head) {

    }
}

解题思路：

方法一：递归法
利用递归，先递推至链表末端；回溯时，依次将节点值加入列表，即可实现链表值的倒序输出。

递归解析：
终止条件： 当 head == None 时，代表越过了链表尾节点，则返回空列表；
递推工作： 访问下一节点 head.next ；
回溯阶段：将当前节点值 head.val 加入列表 tmp ；

代码如下：

class Solution {
    ArrayList<Integer> tmp = new ArrayList<Integer>();
    public int[] reversePrint(ListNode head) {
        recur(head);
        int[] res = new int[tmp.size()];
        for(int i = 0; i < res.length; i++)
            res[i] = tmp.get(i);
        return res;
    }
    void recur(ListNode head) {
        if(head == null) return;
        recur(head.next);
        tmp.add(head.val);
    }
}

方法二：辅助栈法
链表只能 从前至后 访问每个节点，而题目要求 倒序输出 各节点值，这种 先入后出 的需求可以借助 栈 来实现。

算法流程：
入栈： 遍历链表，将各节点值 push 入栈。
出栈： 将各节点值 pop 出栈，存储于数组并返回。

代码如下：

class Solution {
    public int[] reversePrint(ListNode head) {
        LinkedList<Integer> stack = new LinkedList<Integer>();
        while(head != null) {
            stack.addLast(head.val);
            head = head.next;
        }
        int[] res = new int[stack.size()];
        for(int i = 0; i < res.length; i++)
            res[i] = stack.removeLast();
    return res;
    }
}

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剑指 Offer 24. 反转链表 

 定义一个函数，输入一个链表的头节点，反转该链表并输出反转后链表的头节点。

示例:

输入: 1->2->3->4->5->NULL
输出: 5->4->3->2->1->NULL

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {

    }
}

解题思路： 

方法一：迭代（双指针）

考虑遍历链表，并在访问各节点时修改 next 引用指向。

代码如下：

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode cur = head, pre = null;
        while(cur != null) {
            ListNode tmp = cur.next; // 暂存后继节点 cur.next
            cur.next = pre;          // 修改 next 引用指向
            pre = cur;               // pre 暂存 cur
            cur = tmp;               // cur 访问下一节点
        }
        return pre;
    }
}

方法二：递归
考虑使用递归法遍历链表，当越过尾节点后终止递归，在回溯时修改各节点的 next 引用指向。

recur(cur, pre) 递归函数：
终止条件：当 cur 为空，则返回尾节点 pre （即反转链表的头节点）；
递归后继节点，记录返回值（即反转链表的头节点）为 res ；
修改当前节点 cur 引用指向前驱节点 pre ；
返回反转链表的头节点 res ；

reverseList(head) 函数：
调用并返回 recur(head, null) 。传入 null 是因为反转链表后， head 节点指向 null ；

 

代码如下：

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        return recur(head, null);    // 调用递归并返回
    }
    private ListNode recur(ListNode cur, ListNode pre) {
        if (cur == null) return pre; // 终止条件
        ListNode res = recur(cur.next, cur);  // 递归后继节点
        cur.next = pre;              // 修改节点引用指向
        return res;                  // 返回反转链表的头节点
    }
}

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剑指 Offer 35. 复杂链表的复制 

请实现 copyRandomList 函数，复制一个复杂链表。在复杂链表中，每个节点除了有一个 next 指针指向下一个节点，还有一个 random 指针指向链表中的任意节点或者 null。

示例 1：

输入：head = [[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]
输出：[[7,null],[13,0],[11,4],[10,2],[1,0]]

示例 2：

输入：head = [[1,1],[2,1]]
输出：[[1,1],[2,1]]

/*
// Definition for a Node.
class Node {
    int val;
    Node next;
    Node random;

    public Node(int val) {
        this.val = val;
        this.next = null;
        this.random = null;
    }
}
*/
class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        
    }
}

解题思路：

方法一：哈希表
利用哈希表的查询特点，考虑构建 原链表节点 和 新链表对应节点 的键值对映射关系，再遍历构建新链表各节点的 next 和 random 引用指向即可。

算法流程：
1.若头节点 head 为空节点，直接返回 null ；
2.初始化： 哈希表 dic ， 节点 cur 指向头节点；
3.复制链表：
        1.建立新节点，并向 dic 添加键值对 (原 cur 节点, 新 cur 节点） ；
        2.cur 遍历至原链表下一节点；
4.构建新链表的引用指向：
        1.构建新节点的 next 和 random 引用指向；
        2.cur 遍历至原链表下一节点；
5.返回值： 新链表的头节点 dic[cur] ；

代码如下：

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        if(head == null) return null;
        Node cur = head;
        Map<Node, Node> map = new HashMap<>();
        // 3. 复制各节点，并建立 “原节点 -> 新节点” 的 Map 映射
        while(cur != null) {
            map.put(cur, new Node(cur.val));
            cur = cur.next;
        }
        cur = head;
        // 4. 构建新链表的 next 和 random 指向
        while(cur != null) {
            map.get(cur).next = map.get(cur.next);
            map.get(cur).random = map.get(cur.random);
            cur = cur.next;
        }
        // 5. 返回新链表的头节点
        return map.get(head);
    }
}

方法二：拼接 + 拆分
考虑构建 原节点 1 -> 新节点 1 -> 原节点 2 -> 新节点 2 -> …… 的拼接链表，如此便可在访问原节点的 random 指向节点的同时找到新对应新节点的 random 指向节点。

算法流程：

1.复制各节点，构建拼接链表
2.构建新链表各节点的 random 指向
3.拆分原 / 新链表
4.返回新链表的头节点 res 即可

代码如下：

class Solution {
    public Node copyRandomList(Node head) {
        if(head == null) return null;
        Node cur = head;
        // 1. 复制各节点，并构建拼接链表
        while(cur != null) {
            Node tmp = new Node(cur.val);
            tmp.next = cur.next;
            cur.next = tmp;
            cur = tmp.next;
        }
        // 2. 构建各新节点的 random 指向
        cur = head;
        while(cur != null) {
            if(cur.random != null)
                cur.next.random = cur.random.next;
            cur = cur.next.next;
        }
        // 3. 拆分两链表
        cur = head.next;
        Node pre = head, res = head.next;
        while(cur.next != null) {
            pre.next = pre.next.next;
            cur.next = cur.next.next;
            pre = pre.next;
            cur = cur.next;
        }
        pre.next = null; // 单独处理原链表尾节点
        return res;      // 返回新链表头节点
    }
}