力扣算法题 DAY4 链表 | 24. 两两交换链表中的节点 、19.删除链表的倒数第N个节点 、 面试题 02.07. 链表相交 、142.环形链表II

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24. 两两交换链表中的节点

19.删除链表的倒数第N个节点

面试题 02.07. 链表相交

142.环形链表II

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24. 两两交换链表中的节点

力扣题目链接(opens new window)

给定一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后的链表。

你不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际的进行节点交换。

思路：

《代码随想录》算法公开课：帮你把链表细节学清楚！ | LeetCode：24. 两两交换链表中的节点 (opens new window)，结合视频更有助于大家对链表的理解。

这道题目正常模拟就可以了。建议使用虚拟头结点，这样会方便很多，要不然每次针对头结点（没有前一个指针指向头结点），还要单独处理。对虚拟头结点的操作，还不熟悉的话，可以看这篇链表：听说用虚拟头节点会方便很多？ (opens new window)。

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：

看这个可能就更直观一些了：

 代码：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        //设置虚拟头节点指向head
        ListNode dummyhead = new ListNode(-1,head);
        ListNode cur = dummyhead;
        ListNode first,second;  //需要交换的两个节点
        ListNode temp; //记录第二个节点的后继节点，即第三个节点
        while(cur.next != null && cur.next.next != null){
            first = cur.next;
            second = cur.next.next;
            temp = cur.next.next.next;
            //第一步：将虚拟节点的后继节点指向第二个节点
            cur.next = second;
            //第二步：将第二个节点的后继节点指向第一个节点
            second.next = first;
            //第三步：将第一个节点的后继节点指向第三个节点
            first.next = temp;
            //移动虚拟节点
            cur = first;  
        }
        return dummyhead.next;
    }
}

19.删除链表的倒数第N个节点

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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。

进阶：你能尝试使用一趟扫描实现吗？

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]

思路：

《代码随想录》算法公开课：链表遍历学清楚！ | LeetCode：19.删除链表倒数第N个节点 (opens new window)，结合视频，更有助于大家对链表的理解。

双指针的经典应用，如果要删除倒数第n个节点，让fast移动n步，然后让fast和slow同时移动，直到fast指向链表末尾。删掉slow所指向的节点就可以了。

思路是这样的，但要注意一些细节。

分为如下几步：

首先推荐大家使用虚拟头结点，这样方便处理删除实际头结点的逻辑，如果虚拟头结点不清楚，可以看这篇： 链表：听说用虚拟头节点会方便很多？(opens new window)

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： 

 代码：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
        ListNode dummy = new ListNode(-1,head);
        ListNode slow = dummy;
        ListNode fast = dummy;
        //让快指针比慢指针先走n步
        for(int i = 0;i < n;i ++){
            fast = fast.next;
        }
        //让快慢指针同时移动直到快指针移到最后一个节点
        while(fast.next != null){
            fast = fast.next;
            slow = slow.next;
        }
        //此时慢指针在要删除节点的前一个节点处
        slow.next = slow.next.next;
        return dummy.next;
    }
}

面试题 02.07. 链表相交

同：160.链表相交

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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：

示例 2：

示例 3：

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。

代码：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
        ListNode curA = headA;
        ListNode curB = headB;
        int lenA = 0,lenB = 0;  //初始化A,B链表的长度
        //求A链表的长度
        while(curA != null){
            lenA ++;
            curA = curA.next;
        }
        //求B链表的长度
        while(curB != null){
            lenB ++;
            curB = curB.next;
        }
        curA = headA;
        curB = headB;
        //让curA指向长链表的头节点,lenA为长链表的长度
        if(lenB > lenA){
            //交换A,B的长度
            int tempL = lenB;
            lenB = lenA;
            lenA = tempL;
            //交换A,B头节点
            ListNode tempN = curB;
            curB = curA;
            curA = tempN;
        }
        //求AB长度差
        int gap = lenA - lenB;
        //让curA和curB位置对齐(到末端距离一样)
        while(gap > 0){
            curA = curA.next;
            gap --;
        }
        //移动curA和curB,相同则返回
        while(curA != null){
            if(curA == curB){
                return curA;
            }
            curA = curA.next;
            curB = curB.next;
        }
        return null;
    }
}

142.环形链表II

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题意： 给定一个链表，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 null。

为了表示给定链表中的环，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。

说明：不允许修改给定的链表。

思路：

《代码随想录》算法公开课：把环形链表讲清楚！| LeetCode:142.环形链表II (opens new window)，相信结合视频，更有助于大家对链表的理解。

这道题目，不仅考察对链表的操作，而且还需要一些数学运算。

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。

为什么fast 走两个节点，slow走一个节点，有环的话，一定会在环内相遇呢，而不是永远的错开呢

首先第一点：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，这是毋庸置疑的。

那么来看一下，为什么fast指针和slow指针一定会相遇呢？

可以画一个环，然后让 fast指针在任意一个节点开始追赶slow指针。

会发现最终都是这种情况， 如下图：

fast和slow各自再走一步， fast和slow就相遇了

这是因为fast是走两步，slow是走一步，其实相对于slow来说，fast是一个节点一个节点的靠近slow的，所以fast一定可以和slow重合。

动画如下：

如果有环，如何找到这个环的入口

此时已经可以判断链表是否有环了，那么接下来要找这个环的入口了。

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 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。

动画如下：

 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：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        //定义快慢指针遍历链表
        ListNode slow = head;
        ListNode fast = head;
        while(fast != null && fast.next != null){
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            if(slow == fast){  //有环
                slow = head;  //让slow从头开始，fast此时在环内相遇处
                //slow与fast再次相遇时的节点为环的入口
                while(slow != fast){
                    slow = slow.next;
                    fast = fast.next;
                }
                return fast;
            }
        }
        return null;
    }
}