LeetCode刷题总结-链表

LeetCode刷题总结-链表

一、链表

    链表分为单向链表、单向循环链表和双向链表，一下以单向链表为例实现单向链表的节点实现和单链表的基本操作。

单向链表

单向链表也叫单链表，是链表中最简单的一种形式，它的每个节点包含两个域，一个信息域（元素域）和一个链接域。这个链接指向链表中的下一个节点，而最后一个节点的链接域则指向一个空值。

• 表元素域elem用来存放具体的数据；
• 链接域next用来存放下一个节点的位置（python中的标识）；
• 变量p指向链表的头节点（首节点）的位置，从p出发能找到表中的任意节点；

节点实现

class SingleNode(object):
    """单链表的结点"""
    def __init__(self,item):
        # _item存放数据元素
        self.item = item
        # _next是下一个节点的标识
        self.next = None

单链表的操作

• is_empty() 链表是否为空；
• length() 链表长度；
• travel() 遍历整个链表；
• add(item) 链表头部添加元素；
• append(item) 链表尾部添加元素；
• insert(pos, item) 指定位置添加元素；
• remove(item) 删除节点；
• search(item) 查找节点是否存在；

class SingleLinkList(object):
    """单链表"""
    def __init__(self):
        self._head = None

    def is_empty(self):
        """判断链表是否为空"""
        return self._head == None

    def length(self):
        """链表长度"""
        # cur初始时指向头节点
        cur = self._head
        count = 0
        # 尾节点指向None，当未到达尾部时
        while cur != None:
            count += 1
            # 将cur后移一个节点
            cur = cur.next
        return count

    def travel(self):
        """遍历链表"""
        cur = self._head
        while cur != None:
            print （cur.item）
            cur = cur.next

    def add(self, item):
        """头部添加元素"""
        # 先创建一个保存item值的节点
        node = SingleNode(item)
        # 将新节点的链接域next指向头节点，即_head指向的位置
        node.next = self._head
        # 将链表的头_head指向新节点
        self._head = node

    def append(self, item):
        """尾部添加元素"""
        node = SingleNode(item)
        # 先判断链表是否为空，若是空链表，则将_head指向新节点
        if self.is_empty():
            self._head = node
        # 若不为空，则找到尾部，将尾节点的next指向新节点
        else:
            cur = self._head
            while cur.next != None:
                cur = cur.next
            cur.next = node

    def insert(self, pos, item):
        """指定位置添加元素"""
        # 若指定位置pos为第一个元素之前，则执行头部插入
        if pos <= 0:
            self.add(item)
        # 若指定位置超过链表尾部，则执行尾部插入
        elif pos > (self.length()-1):
            self.append(item)
        # 找到指定位置
        else:
            node = SingleNode(item)
            count = 0
            # pre用来指向指定位置pos的前一个位置pos-1，初始从头节点开始移动到指定位置
            pre = self._head
            while count < (pos-1):
                count += 1
                pre = pre.next
            # 先将新节点node的next指向插入位置的节点
            node.next = pre.next
            # 将插入位置的前一个节点的next指向新节点
            pre.next = node

     def remove(self,item):
        """删除节点"""
        cur = self._head
        pre = None
        while cur != None:
            # 找到了指定元素
            if cur.item == item:
                # 如果第一个就是删除的节点
                if not pre:
                    # 将头指针指向头节点的后一个节点
                    self._head = cur.next
                else:
                    # 将删除位置前一个节点的next指向删除位置的后一个节点
                    pre.next = cur.next
                break
            else:
                # 继续按链表后移节点
                pre = cur
                cur = cur.next

    def search(self,item):
        """链表查找节点是否存在，并返回True或者False"""
        cur = self._head
        while cur != None:
            if cur.item == item:
                return True
            cur = cur.next
        return False

if __name__ == "__main__":
    ll = SingleLinkList()
    ll.add(1)
    ll.add(2)
    ll.append(3)
    ll.insert(2, 4)
    print "length:",ll.length()
    ll.travel()
    print ll.search(3)
    print ll.search(5)
    ll.remove(1)
    print "length:",ll.length()
    ll.travel()

二、LeetCode相关题目

2.  两数之和

题意：给出两个非空的链表用来表示两个非负的整数。其中，它们的各自的位数是按照逆序方式存储的，并且它们的每个节点只能存储一位数字，如果我们将这两个数相加起来，则会返回一个新的链表来表示它们的和。你可以假设出了数字0之外，这两个数都不会以0开头。

思路：此题为链表的基础题，给出的l1,l2两个链表表示的位数按照逆序排序，计算两个列表的和就和笔算两个数字的加法原理一样，首先计算个位，把计算的个位数存储，十位数进行进位；当下一个循环时，把上次的进位和这次一起计算，以此类推，直到给出的两个链表全部计算完。

# Definition for singly-linked list.
# class ListNode(object):
#     def __init__(self, x):
#         self.val = x
#         self.next = None

class Solution(object):
    def addTwoNumbers(self, l1, l2):
        """
        :type l1: ListNode
        :type l2: ListNode
        :rtype: ListNode
        """
        temp = ListNode(0)
        l3 = temp
        a = 0
        #当l1不为空或者l2不为空或者a不等于0的时候
        while l1 != None or l2 !=None or a != 0:
            if l1 :
                #a等于a加上l1当前的值
                a += l1.val
                #l1的指针指向下一个
                l1 = l1.next
            if l2 :
                a += l2.val
                l2 = l2.next
                #temp的下一个的值就是 a%10
            temp.next = ListNode(a%10)
            temp = temp.next
            a=a//10
        #l3代替temp来输出链表
        return l3.next

19.  删除链表的倒数第N个节点

题意：给定一个链表，删除链表的倒数第n个节点，并返回链表的头结点。

思路：1.遍历两遍，第一遍计算此列表一共有多少个节点，第二遍删除第n个节点；

2.定义两个指针，两个指针相差n个节点，当后面的指针遍历完整个链表时，删除前面指针的节点。

思路一：

思路二：

class Solution:
    def removeNthFromEnd(self, head, n):
        """
        :type head: ListNode
        :type n: int
        :rtype: ListNode
        """
        p = q = head
        for i in range(n):
            q = q.next   # 前面的指针先移动n个节点
        if not q:        # 如果移动n次正好是None，则说明次链表的长度就为n，应该直接去掉头结点
            return head.next  

        while q.next:
            p = p.next
            q = q.next
        p.next = p.next.next
        return head

21. 合并两个有序链表

题意：将两个有序链表合并为一个新的有序链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成；

思路：此题为列表操作的基本题目，只需要比较两个列表当前节点元素哪个更小，加入到定义好的链表中并向后移动指针；

class Solution:
    def mergeTwoLists(self, l1: ListNode, l2: ListNode) -> ListNode:
        head = p = ListNode(-1)  # 任意定义一个头结点
        while l1 and l2:         # 比较l1和l2节点元素的大小，小的节点加入到head节点中，并移动指针
            if l1.val < l2.val:
                p.next = l1
                l1 = l1.next
            else:
                p.next = l2
                l2 = l2.next
            p = p.next
        p.next = l1 if l1 else l2
        return head.next      

23. 合并K个排序链表

题意：合并k个排序链表，返回合并后的排序链表。请分析和描述算法的复杂度；

思路：1. 暴力法，遍历所有链表，获得所有元素，将元素排序后，依次放在链表中；

2.逐一比较，比较k个节点的元素，获得最小值，添加到创建链表的最后；

思路一：

class Solution(object):
    def mergeKLists(self, lists):
        """
        :type lists: List[ListNode]
        :rtype: ListNode
        """
        nodes = []
        head = point = ListNode(0)
        for l in lists:
            while l:
                nodes.append(l.val)
                l = l.next
        for x in sorted(nodes):
            point.next = ListNode(x)
            point = point.next
        return head.next

时间复杂度：O(NlogN)，其中N是节点的总数目；

空间复杂度：O（N）。

思路二：

24. 两两交换链表中的节点

题意：给定一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后的节点。

思路：

class Solution:
    def swapPairs(self, head: ListNode) -> ListNode:
        dummy = p = ListNode(-1)
        p.next = head
        while p.next and p.next.next:
            a, b = p.next, p.next.next
            p.next = b
            a.next = b.next
            b.next = a
            p = a
        return dummy.next

25. K个一组翻转链表