LeetCode 有关链表的做题笔记 Python实现

有关链表的LeetCode做题笔记合集，Python实现

链表定义

# Definition for singly-linked list.
class ListNode:
    def __init__(self, x):
        self.val = x
        self.next = None

206. 反转链表 Reverse Linked List

LeetCodeCN 第206题链接

遍历链表，迭代前节点prev，缓存当前节点current的下一节点，然后把当前节点的next指针指向前节点prev

class Solution:
    def reverseList(self, head: ListNode) -> ListNode:
        current = head
        prev = None
        while current:
            tmp = current.next
            current.next = prev
            prev = current
            current = tmp
        return prev

用Python三元交换能同时赋值不需要缓存的特性可以一行完成交换

class Solution:
    def reverseList(self, head: ListNode) -> ListNode:
        current = head
        prev = None
        while current:
            current.next, prev, current = prev, current, current.next
        return prev

24. 两两交换链表中的节点 Swap Nodes in Pairs

LeetCodeCN 第24题链接

记录当前节点的前一个节点，当当前节点和下一节点都存在时，三元交换三个节点的next指针
返回交换完后的首节点（这里不太明白为什么self的取值是ListNode(None)）

看到好多小伙伴在问，我来尝试解释一下“链表交换相邻元素”中 self 是怎么回事。
1.首先看到最后 return self.next ，可以看到作者是想把 self 当做链表的头指针使用的（注意：头指针 pHead 与传入的参数 head 是不同的，head 是第一个结点，而 pHead.next == next ）。用头指针有什么好处呢？因为我们让头指针的 next 域（pHead.next）永远指向第一个结点，就是避免最后返回的时候找不到第一个结点了。
2.那么作者为什么可以 pre, pre.next = self, head 这样写呢？因为 self 是这个类的一个对象，所以在类定义的时候可以在任何地方，给 self 增加新的属性。相信大家都知道在 init(self, attr) 里面可以定义通过 self.myattr = attr 来定义一个 myattr 属性。其实这个语句写在任意一个类的方法里都可以，所以在原文 swapPairs() 里面当然也可以定义新的属性。所以这行代码应该理解为，pre 指向 self（虽然 self 不是一个 ListNode 类型的对象，但它只要有一个 next 就可以了），同时为 pre（同时也是为 self，它们是一样的现在）增加一个 next 属性，这个 next 属性指向第一个结点 head。
3.明白上面之后，这里就好办了。在第一次 while 循环的时候，pre.next 被赋值为 b（也就是原来第二个结点，转换为变成了第一个，也就成为了新链表的第一个结点。如果原来是[1,2,3,4]，那么现在就是[2,1,3,4]，这个 self.next 就是指向 2 这个结点）。所以最后只要返回 self.next 就得到了答案。
其实换个写法大家就好理解很多了：
pHead = ListNode(None)
pre, pre.next = pHead, head
也就是说不用 self 也可以，只是原作者秀了一把小技巧而已。

class Solution:
    def swapPairs(self, head: ListNode) -> ListNode:
        pre, pre.next = self, head
        while pre.next and pre.next.next:
            l = pre.next
            r = l.next
            pre.next, l.next, r.next = r, r.next, l
            pre = l
        return self.next

141. 环形链表 Linked List Cycle

LeetCodeCN 第141题链接

三种方法
1.硬做，可以设置超时或者固定循环次数，不靠谱
2.做记号，使用set来储存遍历过的节点，需要额外内存空间
3.快慢指针，慢指针每次前移一个节点，快指针每次前移两个节点，如果链表存在循环那快慢指针肯定会相遇

class Solution(object):
    # 1.硬做
    def hasCycle1(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: bool
        """
        if not head:
            return False
        curr = head
        for i in range(100000):
            curr = curr.next
            if not curr:
                return False
        return True
    
    # 2.set记录
    def hasCycle2(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: bool
        """
        rec = set()
        curr = head
        while curr:
            if curr in rec:
                return True
            rec.add(curr)
            curr = curr.next
        return False
    
    # 3.快慢指针
    def hasCycle3(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: bool
        """
        slow = fast = head
        while slow and fast and fast.next:
            slow = slow.next
            fast = fast.next.next
            if slow == fast:
                return True
        return False

142. 环形链表 II Linked List Cycle II

LeetCodeCN 第142题链接

第一种方法还是上面的用哈希表set来记录，占用空间

class Solution(object):
    # 1.set记录
    def detectCycle(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: ListNode
        """
        rec = []
        curr = head
        while curr:
            if curr in rec:
                return rec[rec.index(curr)]
            rec.append(curr)
            curr = curr.next
        return None

第二种方法用快慢指针，先如上题一样检测是否有环，有的话设置一个新的检测节点从头(head)开始迭代，同时slow节点也继续迭代，直到二者相遇的点就是环的入口节点。

原理：
首先，头结点到入环结点的距离为a，入环结点到相遇结点的距离为b，相遇结点到入环结点的距离为c。然后，当f以s的两倍速度前进并和s相遇时，f走过的距离是s的两倍，即有等式：a+b+c+b = 2(a+b) ，可以得出 a = c ，所以说，让fast和slow分别从相遇结点和头结点同时同步长出发，他们的相遇结点就是入环结点。
当快、慢指针同时从入环点出发，那么一定会在入环点相遇。如果快、慢指针同时从入环点前一节点出发，那么快慢、指针则会在入环点的前一节点相遇，以此类推。

class Solution(object):
    # 2.快慢指针
    def detectCycle(self, head):
        """
        :type head: ListNode
        :rtype: ListNode
        """
        slow = fast = head
        while slow and fast and fast.next:
            slow = slow.next
            fast = fast.next.next
            if slow == fast:
                detection = head
                while slow != detection:
                    slow = slow.next
                    detection = detection.next
                return detection
        return None

25. k个一组翻转链表 Reverse Nodes in k-Group

LeetCodeCN 第25题链接

利用数组来实现k个一组的翻转，然后重新连接成链表

class Solution:
    def reverseKGroup(self, head: ListNode, k: int) -> ListNode:
        arr, i = [], 0
        if not head:
            return None
        while head:
            arr.append(head)
            head = head.next
        while i <= len(arr) - k:
            arr[i:i+k] = arr[i:i+k][::-1]
            i += k
        for j in range(len(arr) - 1):
            arr[j].next = arr[j+1]
        if arr:
            arr[-1].next = None
            return arr[0]