代码随想录算法训练营第3天 |链表理论基础 203.移除链表元素 707.设计链表 206.反转链表

目录

链表理论基础

链表的类型：

链表的操作：

性能分析：

构造链表：

203.移除链表元素

解题思路

遇到的问题

实现代码

题目总结

707.设计链表

解题思路

遇到的问题

实现代码

题目总结

206.反转链表

解题思路

遇到的问题

实现代码

题目总结

今日心得

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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）。

链表的入口节点称为链表的头结点也就是head。

如图所示：

链表的类型：

1.单链表（如上图所示）

2.双链表

3.循环链表

链表的操作：

删除节点：

删除D节点，如图所示：

只要将C节点的next指针 指向E节点就可以了。

那有同学说了，D节点不是依然存留在内存里么？只不过是没有在这个链表里而已。

是这样的，所以在C++里最好是再手动释放这个D节点，释放这块内存。

其他语言例如Java、Python，就有自己的内存回收机制，就不用自己手动释放了。

添加节点：

如图所示：

可以看出链表的增添和删除都是O(1)操作，也不会影响到其他节点。

但是要注意，要是删除第五个节点，需要从头节点查找到第四个节点通过next指针进行删除操作，查找的时间复杂度是O(n)。

性能分析：

再把链表的特性和数组的特性进行一个对比，如图所示：

数组在定义的时候，长度就是固定的，如果想改动数组的长度，就需要重新定义一个新的数组。

链表的长度可以是不固定的，并且可以动态增删， 适合数据量不固定，频繁增删，较少查询的场景。

构造链表：

public class ListNode {
    // 结点的值
    int val;

    // 下一个结点
    ListNode next;

    // 节点的构造函数(无参)
    public ListNode() {
    }

    // 节点的构造函数(有一个参数)
    public ListNode(int val) {
        this.val = val;
    }

    // 节点的构造函数(有两个参数)
    public ListNode(int val, ListNode next) {
        this.val = val;
        this.next = next;
    }
}

203.移除链表元素

题目链接：203. 移除链表元素

题意：删除链表中等于给定值 val 的所有节点。

示例 1： 输入：head = [1,2,6,3,4,5,6], val = 6 输出：[1,2,3,4,5]

示例 2： 输入：head = [], val = 1 输出：[]

示例 3： 输入：head = [7,7,7,7], val = 7 输出：[]

解题思路

这里以链表 1 4 2 4 来举例，移除元素4。

这种情况下的移除操作，就是让节点next指针直接指向下下一个节点就可以了，

那么因为单链表的特殊性，只能指向下一个节点，刚刚删除的是链表的中第二个，和第四个节点，那么如果删除的是头结点又该怎么办呢？

这里就涉及如下链表操作的两种方式：

• 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在进行删除操作。

来看第一种操作：直接使用原来的链表来进行移除。

移除头结点和移除其他节点的操作是不一样的，因为链表的其他节点都是通过前一个节点来移除当前节点，而头结点没有前一个节点。

所以头结点如何移除呢，其实只要将头结点向后移动一位就可以，这样就从链表中移除了一个头结点。

那么可不可以 以一种统一的逻辑来移除 链表的节点呢。

其实可以设置一个虚拟头结点，这样原链表的所有节点就都可以按照统一的方式进行移除了。

来看看如何设置一个虚拟头。依然还是在这个链表中，移除元素1。

这里来给链表添加一个虚拟头结点为新的头结点，此时要移除这个旧头结点元素1。

这样是不是就可以使用和移除链表其他节点的方式统一了呢？

来看一下，如何移除元素1 呢，还是熟悉的方式，然后从内存中删除元素1。

最后呢在题目中，return 头结点的时候，别忘了 return dummyNode->next;， 这才是新的头结点

遇到的问题

当直接使用原链表移除节点时，要先判断while(head!=null&&head.val==val)，再判断if(head==null)，两者的顺序不可调换，不太懂这其中的原理。

我知道啦：如果链表开头有一串目标值的节点作为前缀的话，就可以直接将head跳过这些节点来删除，这是这个while的作用，如果说整个链表的节点都是目标值，那head==null就直接通过if返回了。如果交换顺序，在整个链表的节点都是目标值情况下，经过while循环，head会为null，但是没法通过if退出，然后后面又访问了head.next，就发生空指针引用了。

实现代码

直接使用原来的链表来进行移除节点操作：

/**
 * 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 removeElements(ListNode head, int val) {
        while (head != null && head.val == val) {
            head = head.next;
        }
        // 已经为null，提前退出
        if (head == null) {
            return head;
        }
        // 已确定当前head.val != val
        ListNode pre = head;
        ListNode cur = head.next;
        while (cur != null) {
            if (cur.val == val) {
                pre.next = cur.next;
            } else {
                pre = cur;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return head;
    }
}

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(1)

设置一个虚拟头结点在进行移除节点操作：

/**
 * 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 removeElements(ListNode head, int val) {
        if (head == null) {
            return head;
        }
        // 因为删除可能涉及到头节点，所以设置dummy节点，统一操作
        ListNode dummy = new ListNode(-1, head);//首先创建一个值为-1的ListNode对象，然后将这个对象的下一个节点设置为原来的头节点head。
        ListNode pre = dummy;
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            if (cur.val == val) {
                pre.next = cur.next;
            } else {
                pre = cur;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return dummy.next;
    }
}

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(1)

题目总结

当遇到链表题，画图可以帮助理清思路。

707.设计链表

题目链接：707. 设计链表

题意：

在链表类中实现这些功能：

• get(index)：获取链表中第 index 个节点的值。如果索引无效，则返回-1。
• addAtHead(val)：在链表的第一个元素之前添加一个值为 val 的节点。插入后，新节点将成为链表的第一个节点。
• addAtTail(val)：将值为 val 的节点追加到链表的最后一个元素。
• addAtIndex(index,val)：在链表中的第 index 个节点之前添加值为 val  的节点。如果 index 等于链表的长度，则该节点将附加到链表的末尾。如果 index 大于链表长度，则不会插入节点。如果index小于0，则在头部插入节点。
• deleteAtIndex(index)：如果索引 index 有效，则删除链表中的第 index 个节点。

解题思路

比较常规的一些链表操作。

遇到的问题

不知道条件判断是否正确的时候，可以假设只有一个节点或者是其他的特殊情况代入验证。

增删的时候，size++和size--别忘了。

实现代码

class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(){}
    ListNode(int val) {
        this.val=val;
    }
}
class MyLinkedList {
    int size;
    ListNode head;

    public MyLinkedList() {
        size =0;
        head =new ListNode(0);
    }
    
    public int get(int index) {
        if(index<0 ||index>=size){
            return -1;
        }
        ListNode cur=head;
        for(int i=0;i<=index;i++){
            cur=cur.next;
        }
        return cur.val;      
    }
    
    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }
    
    public void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(size,val);

    }
    
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if(index>size){
            return ;
        }
        if(index<0){
            index=0;
        }
        size++;
        //要定位到加入的前一个节点
        ListNode pre=head;
        for(int i=0;i=size){
            return ;
        }
        size--;
        //也要定位到删除点的前一个节点
        ListNode pre =head;
        for(int i=0;i

题目总结

这五个接口，已经覆盖了链表的常见操作，是练习链表操作非常好的一道题目.

感觉链表的题目掌握的不是很好，花费了很长的时间去理解，还需要二刷。

206.反转链表

题目链接： 206.反转链表

题意：反转一个单链表。

示例: 输入: 1->2->3->4->5->NULL 输出: 5->4->3->2->1->NULL

解题思路

如果再定义一个新的链表，实现链表元素的反转，其实这是对内存空间的浪费。

其实只需要改变链表的next指针的指向，直接将链表反转 ，而不用重新定义一个新的链表，如图所示:

之前链表的头节点是元素1， 反转之后头结点就是元素5 ，这里并没有添加或者删除节点，仅仅是改变next指针的方向。

遇到的问题

记得最后是return pre 而不是return head。

实现代码

// 双指针
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode prev = null;
        ListNode cur = head;
        ListNode temp = null;
        while (cur != null) {
            temp = cur.next;// 保存下一个节点
            cur.next = prev;
            prev = cur;
            cur = temp;
        }
        return prev;
    }
}

// 递归 
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        return reverse(null, head);
    }

    private ListNode reverse(ListNode prev, ListNode cur) {
        if (cur == null) {
            return prev;
        }
        ListNode temp = null;
        temp = cur.next;// 先保存下一个节点
        cur.next = prev;// 反转
        // 更新prev、cur位置
        // prev = cur;
        // cur = temp;
        return reverse(cur, temp);
    }
}

// 从后向前递归
class Solution {
    ListNode reverseList(ListNode head) {
        // 边缘条件判断
        if(head == null) return null;
        if (head.next == null) return head;
        
        // 递归调用，翻转第二个节点开始往后的链表
        ListNode last = reverseList(head.next);
        // 翻转头节点与第二个节点的指向
        head.next.next = head;
        // 此时的 head 节点为尾节点，next 需要指向 NULL
        head.next = null;
        return last;
    } 
}

题目总结

链表的题看起来很简单，但是一写就废，主要还是要了解链表的原理以及操作过程，注意细节。

今日心得

坚持打卡第三天啦！感觉链表对我来说有些折磨，想过先做其他专题的回来再看，但是不能逃避的事情始终无法逃避，还是要耐下心来把它搞懂，坚持~