C++数据结构与算法——链表
C++第二阶段——数据结构和算法，之前学过一点点数据结构，当时是基于Python来学习的，现在基于C++查漏补缺，尤其是树的部分。这一部分计划一个月，主要利用代码随想录来学习，刷题使用力扣网站，不定时更新，欢迎关注！
文章目录
- 一、移除链表元素（力扣203）
- 二、设计链表（力扣707）
- 三、翻转链表（力扣206）
- 四、两两交换链表中的节点 (力扣24)
- 五、删除链表的倒数第 N 个结点（力扣19）
- 六、链表相交（力扣面试题02.07链表相交）
- 七、环形链表Ⅱ（力扣142）
一、移除链表元素（力扣203）
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
头结点单独处理
/**
* 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) {
// 先判断头结点是不是val，如果是的话，head就后移
while(head!=NULL && head->val==val){
ListNode * temp ;
temp = head;
head = head->next;
delete temp;
}
// 定义一个指针指向中间过程的结点
ListNode * cur = head;
while(cur!=NULL&&cur->next!=NULL){
if(cur->next->val==val){
// 删除下一个结点
ListNode *temp = cur->next;
cur->next = cur->next->next;
delete temp;
}
else{
cur = cur->next;
}
}
return head;
}
};
虚拟头节点
/**
* 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) {
// 定义一个虚拟头结点
ListNode * dummyHead = new ListNode(0);
dummyHead->next = head;
// 定义一个遍历结点
ListNode *cur = dummyHead;
while(cur!=NULL&&cur->next!=NULL){
if(cur->next->val==val){
ListNode * temp = cur->next;
cur->next = cur->next->next;
delete temp;
}
else{
cur = cur->next;
}
}
return dummyHead->next;
}
};
二、设计链表（力扣707）
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。
示例：
输入
[“MyLinkedList”, “addAtHead”, “addAtTail”, “addAtIndex”, “get”, “deleteAtIndex”, “get”]
[[], [1], [3], [1, 2], [1], [1], [1]]
输出
[null, null, null, null, 2, null, 3]
解释
MyLinkedList myLinkedList = new MyLinkedList();
myLinkedList.addAtHead(1);
myLinkedList.addAtTail(3);
myLinkedList.addAtIndex(1, 2); // 链表变为 1->2->3
myLinkedList.get(1); // 返回 2
myLinkedList.deleteAtIndex(1); // 现在，链表变为 1->3
myLinkedList.get(1); // 返回 3
提示：
0 <= index, val <= 1000
请不要使用内置的 LinkedList 库。
调用 get、addAtHead、addAtTail、addAtIndex 和 deleteAtIndex 的次数不超过 2000 。
// 创建一个结点
class LinkNode{
public:
LinkNode(int inputVal){
this->val = inputVal;
}
int val;
LinkNode *next=NULL;
};
class MyLinkedList {
public:// 实现一个单链表
MyLinkedList() {
dummyHead= new LinkNode(0);
size=0; // 获取链表长度
}
int get(int index) {
if(index<0||index>(this->size-1)){
return -1;
}
LinkNode * cur = dummyHead->next;
while(index--){
cur = cur->next;
}
return cur->val;
}
void addAtHead(int val) {
LinkNode * insertNode = new LinkNode(val);
insertNode->next = dummyHead->next;
dummyHead->next =insertNode;
size++;
}
void addAtTail(int val) {
// 找到尾部
LinkNode * cur = dummyHead;
while(cur!=NULL&&cur->next!=NULL){
cur = cur->next;
}
// 插入
LinkNode * insertNode = new LinkNode(val);
cur->next = insertNode;
insertNode->next = NULL;
size++;
}
void addAtIndex(int index, int val) {
if(index>=this->size+1){
showLink();
return;
}
else if(index == this->size){
addAtTail(val);
return;
}
else if(index<=0){
addAtHead(val);
return;
}
LinkNode * cur = dummyHead;
while(index--){
cur = cur->next;
}
// 添加
LinkNode * insertNode = new LinkNode(val);
insertNode->next = cur->next;
cur->next = insertNode;
size++;
}
void deleteAtIndex(int index) {
if(index<0||index>(this->size-1)){
return ;
}
LinkNode * cur = dummyHead;
while(index--){
cur = cur->next;
}
// 删除
LinkNode * temp = cur->next;
cur->next = cur->next->next;
delete temp;
temp = NULL;
size--;
}
LinkNode * dummyHead= new LinkNode(0);
int size=0; // 获取链表长度
void showLink(){
LinkNode * cur = dummyHead;
while(cur!=NULL&&cur->next!=NULL){
cout<<cur->next->val<<" ";
cur = cur->next;
}
cout<<endl;
}
};
// 6,7,2,0,4,
// 4
/**
* 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);
*/
三、翻转链表（力扣206）
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。
双指针,注意先移动pre再移动cur。
/**
* 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) {
if(head==NULL||head->next==NULL){
// 只有一个结点
return head;
}
// 定义两个指针，一个指前面的，一指后面的
ListNode *pre = NULL;
ListNode *cur = head;
while(cur!=NULL){
// 用一个值去接收cur
ListNode *temp = cur->next;
cur->next = pre;
pre = cur;
cur = temp;
}
return pre;
}
};
另外一种通过递归的方式反转链表，等学到递归再补上
四、两两交换链表中的节点 (力扣24)
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）。
每两个交换一次，需要找到交换之前的节点。注意交换实的逻辑，对于不变量需要提前保存信息。
/**
* 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* swapPairs(ListNode* head) {
if(head==NULL||head->next==NULL){
return head;
}
// 创建一个虚拟头结点
ListNode * dummyNode = new ListNode(0);
dummyNode->next =head;
ListNode * cur = dummyNode;
while(cur->next!=NULL&&cur->next->next!=NULL){
ListNode * a = cur->next;
ListNode * b= cur->next->next->next;
cur->next = cur->next->next;
cur->next->next = a;
a->next = b;
cur = cur->next->next;
}
return dummyNode->next;
}
};
五、删除链表的倒数第 N 个结点（力扣19）
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。
双指针的经典题目，快指针先走n个，快慢指针再同时走，当快指针下一个为NULL时，慢指针下一个即为要删除的元素
/**
* 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* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
if (head==NULL){
return head;
}
ListNode * dummyNode = new ListNode(0);
dummyNode->next = head;
// 使用快慢指针
ListNode* fast = dummyNode;
ListNode* slow = dummyNode;
while(n--){
// 快指针先走n个
fast = fast->next;
}
while(fast!=NULL&&fast->next!=NULL){
fast = fast->next;
slow = slow->next;
}
// 删除元素
ListNode * temp = slow->next;
slow->next = slow->next->next;
delete temp; // 删除
return dummyNode->next;
}
};
六、链表相交（力扣面试题02.07链表相交）
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 。
/**
* Definition for singly-linked list.
* struct ListNode {
* int val;
* ListNode *next;
* ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
* };
*/
class Solution {
public:
ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {
// 实际上是找相等的结点，不是值相等，而是 是同一个结点
// 将两个链表右对齐
// 求两个链表的长度
if(headA==NULL||headB==NULL){
return NULL;
}
int lenA =1;
int lenB =1;
ListNode * curA = headA;
ListNode * curB = headB;
while(curA->next!=NULL){
lenA++;
curA = curA->next;
}
while(curB->next!=NULL){
lenB++;
curB = curB->next;
}
// 找最短的链表
int minLen =min(lenA,lenB);
// AB需要移动的长度
int needA= lenA-minLen;
int needB = lenB - minLen;
// 右对齐两个节点
while(needA--){
headA = headA->next;
}
while(needB--){
headB = headB->next;
}
// 比较之后的链表是否相同
while(headA!=NULL||headB!=NULL){
if(headA== headB){
return headA;
}
else{
headA = headA->next;
headB = headB ->next;
}
}
return NULL;
}
};
七、环形链表Ⅱ（力扣142）
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。
/**
* Definition for singly-linked list.
* struct ListNode {
* int val;
* ListNode *next;
* ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
* };
*/
class Solution {
public:
ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
// 用一个map记录访问过的地址，不断将地址放入map，如果某次map的长度没有发生变化，说明入环了
map<ListNode *,ListNode *> addmap;
if(head==NULL){
return NULL;
}
// 创建虚拟头结点
ListNode * dummyHead = new ListNode(0);
dummyHead->next = head;
// 遍历
ListNode * cur = dummyHead;
while(cur!=NULL){
// 记录之前的size
int firstSize = addmap.size();
addmap.insert(make_pair(cur->next,cur->next));
int endSize = addmap.size();
if(endSize==firstSize){
// 没有发生变化，说明已经入环
return addmap[cur->next];
}
else{
cur = cur->next;
}
}
return NULL;
}
};
使用map存储每个结点的next，如果map存完之后长度没有变，那么说明进入环了，map中存储的值即为要返回的索引值。
使用双指针
/**
* Definition for singly-linked list.
* struct ListNode {
* int val;
* ListNode *next;
* ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
* };
*/
class Solution {
public:
ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
ListNode * first = head;
ListNode * slow = head;
while(first!=NULL&&first->next!=NULL){
first = first->next->next;
slow = slow->next;
if(first==slow){
// 此时相遇
ListNode * index1 = first;
ListNode * index2 = head;
// 找入环口
while(index1!=index2){
index1 = index1->next;
index2 = index2->next;
}
return index1;
}
}
return NULL;
}
};
