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算法打卡day3|链表篇|Leetcode 203.移除链表元素、 707.设计链表 、 206.反转链表

作者：小舞很执着 | 2024-08-02 23:28:59

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算法打卡day3|链表篇|Leetcode 203.移除链表元素、 707.设计链表 、 206.反转链表

目录

链表基本概念

定义

链表的类型

单链表

​编辑

双链表

循环链表

链表的存储方式

链表的操作

删除节点

添加节点

性能对比分析

算法题

Leetcode  203.移除链表元素

个人思路

解法

原表删除

伪头节点删除

Leetcode 707.设计链表  

个人思路

解法

Leetcode   206.反转链表 

个人思路

解法

双指针

递归法

链表基本概念

定义

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）。其中链表的入口节点称为链表的头节点也就是head。

以下是java构造的链表结构，注意在力扣中，链表底层代码构造好的可以直接引用。

  1. public class ListNode {
  2.     // 节点的值
  3.     int val;
  4.  
  5.     // 下一个节点
  6.     ListNode next;
  7.  
  8.     // 节点的构造函数(无参)
  9.     public ListNode() {
  10.     }
  11.  
  12.     // 节点的构造函数(有一个参数)
  13.     public ListNode(int val) {
  14.         this.val = val;
  15.     }
  16.  
  17.     // 节点的构造函数(有两个参数)
  18.     public ListNode(int val, ListNode next) {
  19.         this.val = val;
  20.         this.next = next;
  21.     }
  22. }

链表的类型

接下来说一下链表的几种类型:

单链表

单链表中的指针域只能指向节点的下一个节点。

双链表

双链表：每一个节点有两个指针域，一个指向下一个节点，一个指向上一个节点。所以既可以向前查询也可以向后查询。

链表2

循环链表

循环链表，链表首尾相连。可以用来解决约瑟夫环问题。

链表4

链表的存储方式

数组是在内存中是连续分布的，但是链表在内存中可不是连续分布的。

链表是通过指针域的指针链接在内存中各个节点。（相当于若干个抽屉，抽屉里放着开启下一个抽屉的钥匙，这些抽屉可以随机摆放）

链表中的节点在内存中不是连续分布的 ，而是散乱分布在内存中的某地址上，分配机制取决于操作系统的内存管理。

链表的操作

删除节点

链表-删除节点

若要删除D节点，只要将C节点的next指针 指向E节点就可以了。D虽然还存在但Java自身有内存回收机制，就不用手动释放。

添加节点

链表-添加节点

将C的指针指向F，F的指针指向D即完成添加

性能对比分析

链表的特性和数组的特性进行一个对比，如图所示：

链表-链表与数据性能对比

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。

算法题

Leetcode  203.移除链表元素

题目链接:203.移除链表元素

大佬视频讲解：移除链表元素讲解视频

个人思路

使用虚拟头节点，遍历链表，找到值就删除。

解法

原表删除

直接使用原来的链表来进行删除操作，但移除头节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，而头节点没有前一个节点。

所以删除头节点，只要将头节点向后移动一位就可以移除头节点。

  1. class Solution {
  2.    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
  3.     while (head != null && head.val == val) {//若头节点值相同则删除
  4.         head = head.next;
  5.     }
  6.  
  7.     if (head == null) {
  8.         return head;
  9.     }
  10.  
  11.     ListNode pre = head;// 已确定当前head.val != val
  12.     ListNode cur = head.next;
  13.     while (cur != null) {
  14.         if (cur.val == val) {
  15.             pre.next = cur.next;//删除元素
  16.         } else {
  17.             pre = cur;
  18.         }
  19.         cur = cur.next;
  20.     }
  21.     return head;
  22. }
  23. }

时间复杂度:O( n)；（两个while循环，2*n）

空间复杂度:O(1);（没有使用多余空间）

伪头节点删除

设置一个虚拟头节点在进行删除操作，这样不用单独考虑头节点是否需要删除的情况；这是以后处理链表的主流方法.

  1. class Solution {
  2.  public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
  3.         if (head == null) {
  4.             return head;
  5.         }
  6.    //定义相当于 ListNode dummy=new ListNode(0); dummy.next=head;
  7.         ListNode dummy = new ListNode(-1, head);//伪头节点
  8.  
  9.         ListNode pre = dummy;//上一个节点
  10.         ListNode cur = head;//当前节点
  11.         while (cur != null) {
  12.             if (cur.val == val) {
  13.                 pre.next = cur.next;//删除节点
  14.             } else {
  15.                 pre = cur;//向后遍历
  16.             }
  17.             cur = cur.next;//向后遍历
  18.         }
  19.         return dummy.next;//返回头节点
  20.     }
  21. }

时间复杂度:O(n)；（一个while循环遍历链表为n）

空间复杂度:O(1);（使用多一个伪头节点）

Leetcode 707.设计链表  

题目链接:707.设计链表

大佬视频讲解：设计链表讲解视频

个人思路

直接上代码，手撕链表必须理解记忆的东西。

解法

理解记忆代码；单双链表

  1. class MyLinkedList {
  2.     //size存储链表元素的个数
  3.     int size;
  4.     //虚拟头结点
  5.     ListNode head;
  6.  
  7.     //初始化链表
  8.     public MyLinkedList() {
  9.         size = 0;
  10.         head = new ListNode(0);
  11.     }
  12.  
  13.     //获取第index个节点的数值，注意index是从0开始的，第0个节点就是头结点
  14.     public int get(int index) {
  15.         //如果index非法，返回-1
  16.         if (index < 0 || index >= size) {
  17.             return -1;
  18.         }
  19.         ListNode currentNode = head;
  20.         //包含一个虚拟头节点，所以查找第 index+1 个节点
  21.         for (int i = 0; i <= index; i++) {
  22.             currentNode = currentNode.next;
  23.         }
  24.         return currentNode.val;
  25.     }
  26.  
  27.     //在链表最前面插入一个节点，等价于在第0个元素前添加
  28.     public void addAtHead(int val) {
  29.         addAtIndex(0, val);
  30.     }
  31.  
  32.     //在链表的最后插入一个节点，等价于在(末尾+1)个元素前添加
  33.     public void addAtTail(int val) {
  34.         addAtIndex(size, val);
  35.     }
  36.  
  37.     // 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。
  38.     // 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
  39.     // 如果 index 大于链表的长度，则返回空
  40.     public void addAtIndex(int index, int val) {
  41.         if (index > size) {
  42.             return;
  43.         }
  44.         if (index < 0) {
  45.             index = 0;
  46.         }
  47.         size++;
  48.         //找到要插入节点的前驱
  49.         ListNode pred = head;
  50.         for (int i = 0; i < index; i++) {
  51.             pred = pred.next;
  52.         }
  53.         ListNode toAdd = new ListNode(val);
  54.         toAdd.next = pred.next;
  55.         pred.next = toAdd;
  56.     }
  57.  
  58.     //删除第index个节点
  59.     public void deleteAtIndex(int index) {
  60.         if (index < 0 || index >= size) {
  61.             return;
  62.         }
  63.         size--;
  64.         if (index == 0) {
  65.             head = head.next;
  66. 	    return;
  67.         }
  68.         ListNode pred = head;
  69.         for (int i = 0; i < index ; i++) {
  70.             pred = pred.next;
  71.         }
  72.         pred.next = pred.next.next;
  73.     }
  74. }
  1. //双链表
  2. class ListNode{//初始化
  3.     int val;
  4.     ListNode next,prev;
  5.     ListNode() {};
  6.     ListNode(int val){
  7.         this.val = val;
  8.     }
  9. }
  10.  
  11.  
  12. class MyLinkedList {  
  13.  
  14.     //记录链表中元素的数量
  15.     int size;
  16.     //记录链表的虚拟头结点和尾结点
  17.     ListNode head,tail;
  18.     
  19.     public MyLinkedList() {
  20.         //初始化操作
  21.         this.size = 0;
  22.         this.head = new ListNode(0);
  23.         this.tail = new ListNode(0);
  24.         //这一步非常关键，否则在加入头结点的操作中会出现null.next的错误！！！
  25.         head.next=tail;
  26.         tail.prev=head;
  27.     }
  28.     
  29.     public int get(int index) {
  30.         //判断index是否有效
  31.         if(index<0 || index>=size){
  32.             return -1;
  33.         }
  34.         ListNode cur = this.head;
  35.         //判断是哪一边遍历时间更短
  36.         if(index >= size / 2){
  37.             //tail开始
  38.             cur = tail;
  39.             for(int i=0; i< size-index; i++){
  40.                 cur = cur.prev;
  41.             }
  42.         }else{
  43.             for(int i=0; i<= index; i++){
  44.                 cur = cur.next; 
  45.             }
  46.         }
  47.         return cur.val;
  48.     }
  49.     
  50.     public void addAtHead(int val) {
  51.         //等价于在第0个元素前添加
  52.         addAtIndex(0,val);
  53.     }
  54.     
  55.     public void addAtTail(int val) {
  56.         //等价于在最后一个元素(null)前添加
  57.         addAtIndex(size,val);
  58.     }
  59.     
  60.     public void addAtIndex(int index, int val) {
  61.         //index大于链表长度
  62.         if(index>size){
  63.             return;
  64.         }
  65.         //index小于0
  66.         if(index<0){
  67.             index = 0;
  68.         }
  69.         size++;
  70.         //找到前驱
  71.         ListNode pre = this.head;
  72.         for(int i=0; i<index; i++){
  73.             pre = pre.next;
  74.         }
  75.         //新建结点
  76.         ListNode newNode = new ListNode(val);
  77.         newNode.next = pre.next;
  78.         pre.next.prev = newNode;
  79.         newNode.prev = pre;
  80.         pre.next = newNode;
  81.         
  82.     }
  83.     
  84.     public void deleteAtIndex(int index) {
  85.         //判断索引是否有效
  86.         if(index<0 || index>=size){
  87.             return;
  88.         }
  89.         //删除操作
  90.         size--;
  91.         ListNode pre = this.head;
  92.         for(int i=0; i<index; i++){
  93.             pre = pre.next;
  94.         }
  95.         pre.next.next.prev = pre;
  96.         pre.next = pre.next.next;
  97.     }
  98. }

Leetcode   206.反转链表 

题目链接:206.反转链表

大佬视频讲解：反转链表讲解视频

个人思路

使用双指针法，用一个临时变量指针做跳板，更换节点的next指向

​

解法
双指针

一共用三个节点，cur，pre，temp。首先要把 cur->next 节点用tmp指针保存一下，接下来要改变 cur->next 的指向了，将cur->next 指向pre ，此时已经反转了第一个节点了。然后循环走如下代码逻辑了，继续移动pre和cur指针。到最后，cur 指针已经指向了null，循环结束，链表也反转完毕，返回新的头节点pre即可。

这种利用temp暂存指针的 替换两个节点的方法会在链表经常用到，写出这个替换方法代码就相当于接火车一样，写出第一个temp=cur.next，那下一个就是cur.next开头去写，后续一样。

  1. class Solution {
  2.     public ListNode reverseList(ListNode head) {
  3.         ListNode pre = null;
  4.         ListNode cur = head;
  5.         ListNode temp = null;
  6.         while (cur != null) {
  7.             temp = cur.next;// 保存下一个节点
  8.             cur.next = pre;
  9.             pre = cur;
  10.             cur = temp;
  11.         }
  12.         return pre;
  13.     }
  14. }

时间复杂度:O(n)；（模拟遍历二维矩阵的时间）

空间复杂度:O(1);（使用一个temp节点）

递归法

递归和上面的双指针差不多，就是需要多一个

  1. class Solution {
  2.     public ListNode reverseList(ListNode head) {
  3.         return reverse(null, head);
  4.     }
  5.  
  6.     private ListNode reverse(ListNode prev, ListNode cur) {
  7.         if (cur == null) {
  8.             return prev;
  9.         }
  10.         ListNode temp = null;
  11.         temp = cur.next;// 先保存下一个节点
  12.         cur.next = prev;// 反转
  13.         // 更新prev、cur位置
  14.         // prev = cur;
  15.         // cur = temp;
  16.         return reverse(cur, temp);
  17.     }
  18. }

时间复杂度:O(n)；（要递归处理链表的每个节点）

空间复杂度:O(n);（递归调用了 n 层栈空间）

以上是个人的思考反思与总结，若只想根据系列题刷，参考卡哥的网址代码随想录算法官网

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