代码随想录算法训练营第三天| 203.移除链表元素、707.设计链表、206.反转链表（ACM模式）

链表理论基础

文档讲解 ： 代码随想录 - 链表理论基础
状态：再次回顾。

链表： 链表是一种通过指针串联在一起的线性结构，每一个节点由两部分组成，一个是数据域一个是指针域（存放指向下一个节点的指针），最后一个节点的指针域指向null（空指针的意思）。

链表的类型

单链表

双链表

循环链表

链表的存储方式

数组：在内存中连续分布。
链表：在内存中非连续分布，通过指针域的指针链接在内存中各个节点。

链表的定义和操作

链表的定义

// 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
};

初始化：

ListNode* head = new ListNode(5);

或者使用默认构造函数初始化节点

ListNode* head = new ListNode();
head->val = 5;

删除节点

操作代码

ListNode* node = cur->next; // 假设cur的下一个节点是要删除的节点
cur ->next = node->next;
delete node; // 释放删除的节点

添加节点

注意 ： 先连后断！

操作代码

ListNode* node = new ListNode(val);
node->next = cur->next;
cur->next = node;

性能分析

203.移除链表元素

文档讲解 ： 代码随想录 - 203.移除链表元素
状态：再次回顾。

链表操作两种方式

• 直接使用原来的链表来进行删除操作。
• 设置一个虚拟头结点再进行删除操作。（常用操作）

设置虚拟头结点用来移除元素图示意图

本题代码（ACM）

#include 
#include ;
using namespace std;

struct ListNode {
	int val;
	ListNode* next;
	ListNode(int val):val(val), next(NULL){}
};

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，这样方面后面做删除操作
	ListNode* cur = dummyHead;
	while (cur->next != NULL) {
		ListNode* node = cur->next;
		if (node->val == val) {
			cur->next = node->next;
			delete node;
		}
		else {
			cur = cur->next;
		}
	}
	head = dummyHead->next;
	delete dummyHead;
	return head;
}

int main() {
	/*
		输入描述：
		第一行一个整数，表示删除元素；
		第二行一个整数，表示链表长度。如果n <= 0, 链表为空链表；
		第三行n个整数，表示链表内元素；
	*/
	int val;
	cin >> val;
	int n;
	cin >> n;

	ListNode* head = NULL;
	if (n > 0) {
		vector<int> listNode(n);
		for (int i = 0; i < n; i++) cin >> listNode[i];
		head = new ListNode(listNode[0]);
		ListNode* cur = head;
		for (int i = 1; i < n; i++) {
			ListNode* node = new ListNode(listNode[i]);
			cur->next = node;
			cur = cur->next;
		}
		cur->next = NULL;
	}


	head = removeElements(head, val);
	ListNode* newCur = head;
	while (newCur != NULL) {
		cout << newCur->val << " ";
		newCur = newCur->next;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

707.设计链表

文档讲解 ： 代码随想录 - 707.设计链表
状态：再次回顾。 问题：对于构建链表还不够熟练，需要继续强化，注意链表长度变化。

本题代码

class MyLinkedList {
public:
    // 定义链表节点结构体
    struct LinkedNode {
        int val;
        LinkedNode* next;
        LinkedNode(int val):val(val), next(nullptr){}
    };

    // 初始化链表
    MyLinkedList() {
        _dummyHead = new LinkedNode(0); // 这里定义的头结点 是一个虚拟头结点，而不是真正的链表头结点
        _size = 0; // 注意定义在下面的private
    }

    // 获取到第index个节点数值，如果index是非法数值直接返回-1， 注意index是从0开始的，第0个节点就是头结点
    int get(int index) {
        if (index > (_size - 1) || index < 0) {
            return -1;
        }
        LinkedNode* cur = _dummyHead->next;
        while(index--){ // 如果--index 就会陷入死循环
            cur = cur->next;
        }
        return cur->val;
    }

    // 在链表最前面插入一个节点，插入完成后，新插入的节点为链表的新的头结点
    void addAtHead(int val) {
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
        newNode->next = _dummyHead->next;
        _dummyHead->next = newNode;
        _size++;
    }

    // 在链表最后面添加一个节点
    void addAtTail(int val) {
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while(cur->next != nullptr){
            cur = cur->next;
        }
        cur->next = newNode;
        _size++;
    }

    // 在第index个节点之前插入一个新节点，例如index为0，那么新插入的节点为链表的新头节点。
    // 如果index 等于链表的长度，则说明是新插入的节点为链表的尾结点
    // 如果index大于链表的长度，则返回空
    // 如果index小于0，则在头部插入节点
    void addAtIndex(int index, int val) {

        if(index > _size) return;
        if(index < 0) index = 0;        
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while(index--) {
            cur = cur->next;
        }
        newNode->next = cur->next;
        cur->next = newNode;
        _size++;
    }

    // 删除第index个节点，如果index 大于等于链表的长度，直接return，注意index是从0开始的
    void deleteAtIndex(int index) {
        if (index >= _size || index < 0) {
            return;
        }
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while(index--) {
            cur = cur ->next;
        }
        LinkedNode* tmp = cur->next;
        cur->next = cur->next->next;
        delete tmp;
        //delete命令指示释放了tmp指针原本所指的那部分内存，
        //被delete后的指针tmp的值（地址）并非就是NULL，而是随机值。也就是被delete后，
        //如果不再加上一句tmp=nullptr,tmp会成为乱指的野指针
        //如果之后的程序不小心使用了tmp，会指向难以预想的内存空间
        tmp=nullptr;
        _size--;
    }

    // 打印链表
    void printLinkedList() {
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while (cur->next != nullptr) {
            cout << cur->next->val << " ";
            cur = cur->next;
        }
        cout << endl;
    }
private:
    int _size;
    LinkedNode* _dummyHead;

};

206.反转链表

文档讲解 ： 代码随想录 - 206.反转链表
递归解题思路：三道题套路解决递归问题（回顾必看！）
状态：再次回顾。

双指针法

双指针法用于链表经典题目

解题示意图

本题代码（ACM)

#include 
#include ;
using namespace std;

struct ListNode {
	int val;
	ListNode* next;
	ListNode(int val) :val(val), next(NULL) {}
};

ListNode* reverseList(ListNode* head) {
	ListNode* temp; // 保存cur的下一个节点
	ListNode* cur = head;
	ListNode* pre = NULL;
	while (cur) {
		temp = cur->next;  // 保存一下 cur的下一个节点，因为接下来要改变cur->next
		cur->next = pre; // 翻转操作
		// 更新pre 和 cur指针
		pre = cur;
		cur = temp;
	}
	return pre;
}

int main() {
	/*
		输入描述：
		第一行一个整数，表示链表长度。如果n <= 0, 链表为空链表；
		第二行n个整数，表示链表内元素；
	*/
	int n;
	cin >> n;

	ListNode* head = NULL;
	if (n > 0) {
		vector<int> listNode(n);
		for (int i = 0; i < n; i++) cin >> listNode[i];
		head = new ListNode(listNode[0]);
		ListNode* cur = head;
		for (int i = 1; i < n; i++) {
			ListNode* node = new ListNode(listNode[i]);
			cur->next = node;
			cur = cur->next;
		}
		cur->next = NULL;
	}


	head = reverseList(head);
	ListNode* newCur = head;
	while (newCur != NULL) {
		cout << newCur->val << " ";
		newCur = newCur->next;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

递归法

递归解题三部曲：

• 找整个递归的终止条件：递归应该在什么时候结束？
• 找返回值：应该给上一级返回什么信息？
• 本级递归应该做什么：在这一级递归中，应该完成什么任务？

代码

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);
    }

};