代码随想录算法训练营第四天|力扣24.两两交换链表中的节点，19.删除链表的倒数第N个节点，160.链表相交，142.环形链表II

代码随想录算法训练营第四天|力扣24.两两交换链表中的节点，707.设计链表，206.反转链表

24.两两交换链表中的节点

题目链接：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]

提示：

• 链表中节点的数目在范围 [0, 100] 内
• 0 <= Node.val <= 100

思路：

建议使用虚拟头结点，这样会方便很多。
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：

操作之后，链表如下：

即

易错点：

• cur指针每次指向要交换的两个节点的前一个节点，这里就体现出dummyHead的方便之处；
• 循环条件要写对；
• 学会提前定义临时节点保存步骤二里的节点1和步骤三里的节点3；

代码如下：

//时间：O(n), 空间: O(1)
class Solution {
public:
    ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
        dummyHead->next = head;
        ListNode* cur = dummyHead;
        while(cur->next != nullptr && cur->next->next != nullptr) {
            ListNode* tmp1 = cur->next;
            ListNode* tmp2 = cur->next->next->next;
            
            cur->next = cur->next->next;	//按顺序执行如下三步
            cur->next->next = tmp1;
            cur->next->next->next = tmp2;
            
            cur = cur->next->next;
        }
        return dummyHead->next;
    }
};

19.删除链表的倒数第N个节点

题目链接：删除链表的倒数第N个节点

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]

提示：

• 链表中结点的数目为 sz
• 1 <= sz <= 30
• 0 <= Node.val <= 100
• 1 <= n <= sz

思路：

这种题目很明显的要用到双指针法。
分为如下几步：

• 首先这使用虚拟头结点，这样方便处理删除实际头结点的逻辑。
• 定义fast指针和slow指针，初始值为虚拟头结点，如图：
  
• fast首先走n + 1步 ，为什么是n+1呢，因为只有这样同时移动的时候slow才能指向删除节点的上一个节点（方便做删除操作），如图：
  
• fast和slow同时移动，直到fast指向末尾，如题：
  
• 删除slow指向的下一个节点，如图：
  

易错点：

• 删除某个节点，要找到它的前一个节点才能操作，我们用快慢指针，就要让快指针比慢指针多走n+1步。为了安全起见：

n++;
while(n-- && fast != nullptr) {
	fast = fast->next;
}
//while(n-- && fast != nullptr) {
//	fast = fast->next;
//}
//fast = fast->next;

• 记得C++要释放内存；
• fast,slow初始指向dummyHead；

代码如下：

//时间：O(n), 空间: O(1)
public:
    ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
        dummyHead->next = head;
        ListNode* fast = dummyHead;
        ListNode* slow = dummyHead;
        n++;
        while(n-- && fast != nullptr) {
            fast = fast->next;
        }
        while(fast != nullptr) {
            fast = fast->next;
            slow = slow->next;
        }
        ListNode* tmp = slow->next;
        slow->next = slow->next->next;
        delete tmp;
        return dummyHead->next;
    }
};

面试题 02.07. 链表相交

题目链接：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 。
示例1：

输入：intersectVal = 8, listA = [4,1,8,4,5], listB = [5,0,1,8,4,5], skipA = 2, skipB = 3
输出：Intersected at '8'
解释：相交节点的值为 8 （注意，如果两个链表相交则不能为 0）。
从各自的表头开始算起，链表 A 为 [4,1,8,4,5]，链表 B 为 [5,0,1,8,4,5]。
在 A 中，相交节点前有 2 个节点；在 B 中，相交节点前有 3 个节点。

示例2：

输入：intersectVal = 2, listA = [0,9,1,2,4], listB = [3,2,4], skipA = 3, skipB = 1
输出：Intersected at '2'
解释：相交节点的值为 2 （注意，如果两个链表相交则不能为 0）。
从各自的表头开始算起，链表 A 为 [0,9,1,2,4]，链表 B 为 [3,2,4]。
在 A 中，相交节点前有 3 个节点；在 B 中，相交节点前有 1 个节点。

示例3：

输入：intersectVal = 0, listA = [2,6,4], listB = [1,5], skipA = 3, skipB = 2
输出：null
解释：从各自的表头开始算起，链表 A 为 [2,6,4]，链表 B 为 [1,5]。
由于这两个链表不相交，所以 intersectVal 必须为 0，而 skipA 和 skipB 可以是任意值。
这两个链表不相交，因此返回 null 。

提示：

• listA 中节点数目为 m
• listB 中节点数目为 n
• 0 <= m, n <= 3 * 104
• 1 <= Node.val <= 105
• 0 <= skipA <= m
• 0 <= skipB <= n
• 如果 listA 和 listB 没有交点，intersectVal 为 0
• 如果 listA 和 listB 有交点，intersectVal == listA[skipA + 1] == listB[skipB + 1]

思路：

简单来说，就是求两个链表交点节点的指针。 这里要注意，交点不是数值相等，而是指针相等。
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：

我们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。
否则循环退出返回空指针。

易错点：

在用curA和curB计算完成headA和headB的长度之后，要记得将curA和curB重新赋回headA和headB。

代码如下：

//时间复杂度：O(n + m)
//空间复杂度：O(1)
class Solution {
public:
    ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {
        ListNode* curA = headA;
        ListNode* curB = headB;
        int lenA = 0, lenB = 0;
        while(curA != nullptr) {		//求链表A的长度
            lenA++;
            curA = curA->next;
        }
        while(curB != nullptr) {		//求链表B的长度
            lenB++;
            curB = curB->next;
        }
        curA = headA;
        curB = headB;
        //让curA成为最长链表的头，lenA为其长度
        if(lenA < lenB) {				
            swap(lenA, lenB);
            swap(curA, curB);
        }
        int gap = lenA - lenB;		//求长度差
        // 让curA和curB在同一起点上（末尾位置对齐）
        while(gap--) {
            curA = curA->next;
        }
        // 遍历curA 和 curB，遇到相同则直接返回
        while(curA != nullptr) {
            if(curA == curB) {
                return curA;
            }
            curA = curA->next;
            curB = curB->next;
        }
        delete curA, curB;
        return nullptr;
    }
};

142.环形链表II

题目链接：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。
示例1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：返回索引为 1 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

示例2：

输入：head = [1,2], pos = 0
输出：返回索引为 0 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。

示例3：

输入：head = [1], pos = -1
输出：返回 null
解释：链表中没有环。

提示：

• 链表中节点的数目范围在范围 [0, 104] 内
• -105 <= Node.val <= 105
• pos 的值为 -1 或者链表中的一个有效索引

思路：

主要考察两知识点：

• 判断链表是否环
• 如果有环，如何找到这个环的入口

判断链表是否有环
可以使用快慢指针法，分别定义 fast 和 slow 指针，从头结点出发，fast指针每次移动两个节点，slow指针每次移动一个节点，如果 fast 和 slow指针在途中相遇 ，说明这个链表有环。
fast指针一定先进入环中，如果fast指针和slow指针相遇的话，一定是在环中相遇。
如果有环，如何找到这个环的入口
假设从头结点到环形入口节点 的节点数为x。 环形入口节点到 fast指针与slow指针相遇节点 节点数为y。 从相遇节点 再到环形入口节点节点数为 z。 如图所示：

那么相遇时： slow指针走过的节点数为: x + y， fast指针走过的节点数：x + y + n (y + z)，n为fast指针在环内走了n圈才遇到slow指针， （y+z）为 一圈内节点的个数A。
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（n>=1）
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。
那么 n如果大于1是什么情况呢，就是fast指针在环形转n圈之后才遇到 slow指针。
其实这种情况和n为1的时候 效果是一样的，一样可以通过这个方法找到 环形的入口节点，只不过，index1 指针在环里 多转了(n-1)圈，然后再遇到index2，相遇点依然是环形的入口节点。

代码如下：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
//时间：O(n), 空间: O(1)
class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        ListNode* fast = head;
        ListNode* slow = head;
        while(fast != NULL && fast->next != NULL) {
            slow = slow->next;
            fast = fast->next->next;
            // 快慢指针相遇，此时从head 和 相遇点，同时查找直至相遇
            if (slow == fast) {
                ListNode* index1 = fast;
                ListNode* index2 = head;
                while (index1 != index2) {
                    index1 = index1->next;
                    index2 = index2->next;
                }
                return index2; // 返回环的入口
            }
        }
        return NULL;
    }
};

参考文章：代码随想录
两两交换链表中的节点
删除链表的倒数第N个节点
链表相交
环形链表II

链表经典题目方法总结：

（1）虚拟头节点dummy_head

使用虚拟头节点可以让对所有节点的操作一致

ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
dummyHead->next = head;

（2）快慢指针

可以检测链表中是否有环

slow = slow->next;
fast = fast->next->next;

（3）双指针

可以用来找从链表末数起的第n个节点

n++;
        while(n-- && fast != nullptr) {
            fast = fast->next;
        }
        while(fast != nullptr) {
            fast = fast->next;
            slow = slow->next;
        }