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

链表理论基础

什么是链表：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）。

链表的头结点为head。

如图所示：

链表分为：单链表、双链表、循环链表。

链表在存储时是不连续分布的，其查找的时间复杂度为O(n)，插入/删除的时间复杂度为O(n)。

一个典型的单链表定义如下：

// 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
};

203. 移除链表元素

题目链接：203. 移除链表元素
给你一个链表的头节点 head 和一个整数 val ，请你删除链表中所有满足 Node.val == val 的节点，并返回 新的头节点 。

文章讲解/视频讲解：https://programmercarl.com/0203.%E7%A7%BB%E9%99%A4%E9%93%BE%E8%A1%A8%E5%85%83%E7%B4%A0.html

思路

新建一个空节点，作为virtual head，连接到链表的head前面，然后遍历该链表，找到满足条件的节点，删除。

C++实现

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        ListNode* virtual_head = new ListNode(0);
        virtual_head->next = head;

        ListNode* curr = head, *pre = virtual_head;

        while(curr != nullptr){

            if(curr->val == val){
                ListNode* tmp = curr;
                pre->next = curr->next;
                curr = curr->next;
                delete tmp;
            }
            else{
                curr = curr->next;
                pre = pre->next;
            }
        }

        return virtual_head->next;
    }
};

707. 设计链表

题目链接：707. 设计链表

你可以选择使用单链表或者双链表，设计并实现自己的链表。

单链表中的节点应该具备两个属性：val 和 next 。val 是当前节点的值，next 是指向下一个节点的指针/引用。

如果是双向链表，则还需要属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点下标从 0 开始。

实现 MyLinkedList 类：

• MyLinkedList() 初始化 MyLinkedList 对象。
• int get(int index) 获取链表中下标为 index 的节点的值。如果下标无效，则返回 -1 。
• void addAtHead(int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中第一个元素之前。在插入完成后，新节点会成为链表的第一个节点。
• void addAtTail(int val) 将一个值为 val 的节点追加到链表中作为链表的最后一个元素。
• void addAtIndex(int index, int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中下标为 index 的节点之前。如果 index 等于链表的长度，那么该节点会被追加到链表的末尾。如果 index 比长度更大，该节点将 不会插入 到链表中。
• void deleteAtIndex(int index) 如果下标有效，则删除链表中下标为 index 的节点。

文章讲解/视频讲解：https://programmercarl.com/0707.%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E9%93%BE%E8%A1%A8.html

思路

用单链表来实现，如上题一样设置一个虚拟头节点，方便插入和删除，其他部分都是模拟，多在细节上进行把握即可。

注意deleteAtIndex函数的说明，如果下标有效，则删除下标为index的节点，我没有加判断，get函数和addAtIndex函数也是类似，需要加个判断。

C++实现

// 利用了leetcode为我们写好的ListNode
class MyLinkedList {
private:
    ListNode* dummyHead;

public:
    MyLinkedList() {
        dummyHead = new ListNode(0);
    }
    
    int get(int index) {
        ListNode* curr = dummyHead->next;
        int curr_index = 0;
        while(curr_index < index){
            curr = curr->next;
            curr_index++;
            if(curr == nullptr) break;
        }
        return curr == nullptr ? -1 : curr->val;
    }
    
    void addAtHead(int val) {
        ListNode* newNode = new ListNode(val);
        newNode->next = dummyHead->next;
        dummyHead->next = newNode;
    }
    
    void addAtTail(int val) {
        ListNode* curr = dummyHead;
        while(curr->next != nullptr) curr = curr->next;

        ListNode* newNode = new ListNode(val);
        curr->next = newNode;
    }
    
    void addAtIndex(int index, int val) {
        ListNode* curr = dummyHead;
        int curr_index = 0;
        while(curr_index < index){
            curr = curr->next;
            curr_index++;
            if(curr == nullptr) break;
        }

        if(curr == nullptr) return;

        ListNode* newNode = new ListNode(val);
        newNode->next = curr->next;
        curr->next = newNode;
    }
    
    void deleteAtIndex(int index) {
        ListNode* curr = dummyHead;
        int curr_index = 0;
        while(curr_index < index){
            curr = curr->next;
            curr_index++;
            if(curr == nullptr) break;
        }

        if(curr == nullptr || curr->next == nullptr) return;

        ListNode* tmp = curr->next;
        curr->next = curr->next->next;
        delete tmp;
    }
};

/**
 * Your MyLinkedList object will be instantiated and called as such:
 * MyLinkedList* obj = new MyLinkedList();
 * int param_1 = obj->get(index);
 * obj->addAtHead(val);
 * obj->addAtTail(val);
 * obj->addAtIndex(index,val);
 * obj->deleteAtIndex(index);
 */

206. 反转链表

题目链接：206. 反转链表

给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。

文章讲解/视频讲解：https://programmercarl.com/0206.%E7%BF%BB%E8%BD%AC%E9%93%BE%E8%A1%A8.html

思路

设置两个节点pre和curr，分别代表前一个节点和当前节点，初始时分别指向null和头节点，然后循环进行反转操作：

每一次循环，将curr->next传递给tmp节点暂存（因为接下来curr会和后续节点截断），然后令curr->next指向pre，之后pre指向curr当前节点，curr指向tmp，开启下一次循环，直到curr指向的节点为空，此时pre指向的就是反转后的链表的头节点。

C++实现

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode() : val(0), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
 *     ListNode(int x, ListNode *next) : val(x), next(next) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        ListNode* pre = nullptr, *curr = head;

        while(curr != nullptr){
            ListNode* tmp = curr->next;
            curr->next = pre;
            pre = curr;
            curr = tmp;
        }
        
        return pre;
    }
};