LeetCode刷题，代码随想录算法训练营Day3| 链表理论基础 203.移除链表元素 707.设计链表 206.反转链表

链表理论基础

链表是通过指针串联在一起的线性结构，每个节点由一个数据域和一个指针域构成。

链表的类型

单链表

双链表

有两个指针域，一个指向下一个节点，一个指向上一个节点，既可以向前查询也可以向后查询。

循环链表

链表首尾相连，可以解决约瑟夫环问题。

链表的存储方式

数组在内存中连续分布，但连表示不连续分布的，链表通过指针域的指针链接内存的各个节点。

所以链表散乱分布在内存的某地址上，分配机制取决于操作系统的内存管理

链表的定义

// C++单链表定义
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
};

通过自己定义构造函数初始化节点：

 ListNode* head = new Listnode(5);

使用默认构造函数初始化节点

 ListNode* head = new Listnode();
 head->val=5;

节点的操作

删除节点

将c节点的next指针指向E节点即可。

由于D仍然在内存中，只是链表中没有指向，所以C++中需要手动释放内存，Java、python有自动内存回收机制，则不用释放。

添加节点

将C的next指向F，F的next指向D即可，时间复杂度均为O(1)，不需要对吉他节点进行操作。

如果是删除第五个节点,需要从头找到第四个节点通过next指针进行删除操作，时间复杂度是O(n)

性能分析

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。

链表节点的初始化方式：ListNode* tem

203.移除链表元素

题目链接：203.移除链表元素

总体思路

不移动头节点

移除链表中的节点：

移除哪个，就让它前面节点的next指向它后面节点的val(data)。



移除链表的头节点

让头结点的后面一个元素成为head





删除头结点的代码实现：

while(head!=NULL&&head->val==val){//head->val是头节点的数据域(data)部分，head->next指头结点的指针域部分
    ListNode* tmp=head;//定义一个节点，
    head=head->next;//头节点指向下一个节点
    delete tem;
}

head->val是头节点的数据域(data)部分，head->next是头结点的指针域部分。head->next是后面节点的tem->val。

因为结点的值可能有有多个和val重复的，所以用while循环进行判断。

删除非头结点代码的实现:

ListNode* cur=head;//先定义一个节点current指向head，
while(cur!=NULL&&cur->next!=NULL){//cur不等于，
    if(cur->next->val==val){
        ListNode* tmp=cur->next;
        cur->next=cur->next->next;
        delete tmp;
    }
    else{
        cur=cur->next;
    }
}
return head;

将删除头节点和非头结点代码合并即可得到结果。

虚拟头节点

通过设置虚拟的头节点，使在处理头节点和非头结点时的方式一致。

代码实现

class Solution {
public:
    ListNode* removeElements(ListNode* head, int val) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0); // 设置一个虚拟头结点
        dummyHead->next = head; // 将虚拟头结点指向head，这样方面后面做删除操作
        ListNode* cur = dummyHead;
        while (cur->next != NULL) {
            if(cur->next->val == val) {
                ListNode* tmp = cur->next;
                cur->next = cur->next->next;
                delete tmp;
            } else {
                cur = cur->next;
            }
        }
        head = dummyHead->next;
        delete dummyHead;
        return head;
    }
};

707.设计链表

题目链接：设计链表

基本思路

在链表中实现这些功能：

• 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):在链表中第index各界天谴添加职位val的节点。
• deleteAtIndex(index):如果索引index有效，则删除表中的第index个节点。
  
  删除表中节点：
  
  
  
  添加链表节点
  
  
  
  代码实现：

class MyLinkedList {
public:
    // 定义链表节点结构体
    struct LinkedNode {
        int val;
        LinkedNode* next;
        LinkedNode(int val):val(val), next(nullptr){}
    };

    // 初始化链表
    MyLinkedList() {
        _dummyHead = new LinkedNode(0); // 这里定义的头结点 是一个虚拟头结点，而不是真正的链表头结点
        _size = 0;
    }

    // 获取到第index个节点数值，如果index是非法数值直接返回-1， 注意index是从0开始的，第0个节点就是头结点
    int get(int index) {
        if (index > (_size - 1) || index < 0) {
            return -1;
        }
        LinkedNode* cur = _dummyHead->next;
        while(index--){ // 如果--index 就会陷入死循环
            cur = cur->next;
        }
        return cur->val;
    }

    // 在链表最前面插入一个节点，插入完成后，新插入的节点为链表的新的头结点
    void addAtHead(int val) {
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
        newNode->next = _dummyHead->next;
        _dummyHead->next = newNode;
        _size++;
    }

    // 在链表最后面添加一个节点
    void addAtTail(int val) {
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while(cur->next != nullptr){
            cur = cur->next;
        }
        cur->next = newNode;
        _size++;
    }

    // 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。
    // 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
    // 如果index大于链表的长度，则返回空
    // 如果index小于0，则在头部插入节点
    void addAtIndex(int index, int val) {

        if(index > _size) return;
        if(index < 0) index = 0;
        LinkedNode* newNode = new LinkedNode(val);
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while(index--) {
            cur = cur->next;
        }
        newNode->next = cur->next;
        cur->next = newNode;
        _size++;
    }

    // 删除第index个节点，如果index 大于等于链表的长度，直接return，注意index是从0开始的
    void deleteAtIndex(int index) {
        if (index >= _size || index < 0) {
            return;
        }
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while(index--) {
            cur = cur ->next;
        }
        LinkedNode* tmp = cur->next;
        cur->next = cur->next->next;
        delete tmp;
        _size--;
    }

    // 打印链表
    void printLinkedList() {
        LinkedNode* cur = _dummyHead;
        while (cur->next != nullptr) {
            cout << cur->next->val << " ";
            cur = cur->next;
        }
        cout << endl;
    }
private:
    int _size;
    LinkedNode* _dummyHead;

};

206.反转链表

题目链接：206.反转链表

主要思路

改变链表的next指针指向即可实现链表的反转。



首先定义一个cur指针，指向头结点，再定义一个pre指针，初始化为null。

然后就要开始反转了，首先要把 cur->next 节点用tmp指针保存一下，也就是保存一下这个节点。

为什么要保存一下这个节点呢，因为接下来要改变 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。

接下来，就是循环走如下代码逻辑了，继续移动pre和cur指针。

最后，cur 指针已经指向了null，循环结束，链表也反转完毕了。 此时我们return pre指针就可以了，pre指针就指向了新的头结点。

代码实现

双指针法：

class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        ListNode* temp; // 保存cur的下一个节点
        ListNode* cur = head;
        ListNode* pre = NULL;
        while(cur) {
            temp = cur->next;  // 保存一下 cur的下一个节点，因为接下来要改变cur->next
            cur->next = pre; // 翻转操作
            // 更新pre 和 cur指针
            pre = cur;
            cur = temp;
        }
        return pre;
    }
};

递归法

递归法相对抽象一些，但是其实和双指针法是一样的逻辑，同样是当cur为空的时候循环结束，不断将cur指向pre的过程。

关键是初始化的地方，可能有的同学会不理解， 可以看到双指针法中初始化 cur = head，pre = NULL，在递归法中可以从如下代码看出初始化的逻辑也是一样的，只不过写法变了

class Solution {
public:
    ListNode* reverse(ListNode* pre,ListNode* cur){
        if(cur == NULL) return pre;
        ListNode* temp = cur->next;
        cur->next = pre;
        // 可以和双指针法的代码进行对比，如下递归的写法，其实就是做了这两步
        // pre = cur;
        // cur = temp;
        return reverse(cur,temp);
    }
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        // 和双指针法初始化是一样的逻辑
        // ListNode* cur = head;
        // ListNode* pre = NULL;
        return reverse(NULL, head);
    }

};

从后向前翻转指针：

class Solution {
public:
    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;
    }
};

总结

链表的关键在于对next指针域的理解和应用，前一个节点的->next是后一个节点的->data。