day 3 | 203.移除链表元素、707.设计链表、206.反转链表

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学习链接

链表基础：https://programmercarl.com/链表理论基础.html

题目链接：

https://leetcode.cn/problems/remove-linked-list-elements/

解题及思路学习

203. 移除链表元素

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 。

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

自己思路：从头节点遍历整个链表，然后依次查看其中数据是否等于val，如果等于，则进行删除操作。

随想录思路：对于头节点是否删除，是两种不同的写法，所以需要进行判断。但是也可以增加一个虚拟头节点，以统一的方式操作进行，提高代码简洁性。

如果使用C，C++编程语言的话，不要忘了还要从内存中删除这两个移除的节点。（代码中使用了一个临时节点，来进行释放内存操作）。

（1）对于头节点分开判断

/**
 * 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) {
        // 删除头节点
        while(head != NULL && head->val == val){
            ListNode* tmp = head;
            head = head -> next;
            delete tmp;
        }
				// 删除非头结点
        ListNode* cur = head;
        while(cur != NULL && cur -> next != NULL){
            if(cur->next->val == val){
                ListNode* tmp = cur -> next;
                cur -> next = cur -> next -> next;
                delete tmp;
            }else{
                cur = cur -> next;
            }
        }
        return head;
    }
};

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(1)

(2) 设置一个虚拟节点进行移除操作

/**
 * 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) {
        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，这样方便后面做删除操作
        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;
    }
};

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(1)

注意虚拟头节点的设置，可以很大程度上方便单链表操作。另外，C++记得即使清理内存。

707. 设计链表

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。

思路：根据要求写链表。为了统一化操作，可以设置一个虚拟头节点。

随想录思路：

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

    LinkNode* _dummyHead;
    int _size;

    //初始化链表
    MyLinkedList() {
        _dummyHead = new LinkNode(0);
        _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;
        }
        LinkNode* cur = _dummyHead -> next;
        while(index--){
            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) {
        LinkNode* newNode = new LinkNode(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) {
        LinkNode* newNode = new LinkNode(val);
        LinkNode* 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;
        LinkNode* cur = _dummyHead;
        LinkNode* newNode = new LinkNode(val);
        while(index){
            cur = cur -> next;
            index--;
        }
        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;
        }
        LinkNode* cur =_dummyHead;
        while(index--){
            cur = cur -> next;
        }
        LinkNode* tmp = cur -> next;
        cur -> next = cur -> next -> next;
        delete tmp;
        //delete命令指示释放了tmp指针原本所指的那部分内存，
        //被delete后的指针tmp的值（地址）并非就是NULL，而是随机值。也就是被delete后，
        //如果不再加上一句tmp=nullptr,tmp会成为乱指的野指针
        //如果之后的程序不小心使用了tmp，会指向难以预想的内存空间
        tmp=nullptr;
        _size--;

    }
};

/**
 * 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);
 */

• 时间复杂度: 涉及 index 的相关操作为 O(index), 其余为 O(1)
• 空间复杂度: O(n)

代码随想录代码：

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;
        //delete命令指示释放了tmp指针原本所指的那部分内存，
        //被delete后的指针tmp的值（地址）并非就是NULL，而是随机值。也就是被delete后，
        //如果不再加上一句tmp=nullptr,tmp会成为乱指的野指针
        //如果之后的程序不小心使用了tmp，会指向难以预想的内存空间
        tmp=nullptr;
        _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;

};

创建的dummyHead 需要用new 开辟空间 ，不用new的话就只是一个listnode指针。

随想录给出的示例中，初始化链表部分，为什么不需要提前声明？但是也能运行。

我自己写的代码中，不提前声明就不行。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-dKOwzvwC-1685194194015)(https://s3-us-west-2.amazonaws.com/secure.notion-static.com/7c3ffea4-67e8-45bd-b8a6-7e6305d3a30f/Untitled.png)]

原因：代码后面的私有属性那里有命名。

206. 反转链表

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。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ygtd47oV-1685194194018)(https://s3-us-west-2.amazonaws.com/secure.notion-static.com/9b444690-a882-4c09-889d-a761fefedfae/Untitled.png)]

自己思考：可以在创建一个新的链表，用虚拟头节点。每次读取到一个节点，就在新的链表上开始位置添加一个节点。遍历完之后就实现了反转。

自己实现的代码：

/**
 * 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) {
        ListNode* dummyHead = new ListNode(0);
        ListNode* dummyHead1 = new ListNode(0);
        dummyHead -> next = head;
        ListNode* cur = dummyHead;
        while(cur->next != nullptr){
            ListNode* newNode = new ListNode(0);
            newNode -> val = cur -> next -> val;
            newNode -> next = dummyHead1 -> next;
            dummyHead1 -> next = newNode;
            
            cur = cur-> next;
        }
        delete dummyHead;
        head = dummyHead1 -> next;
        delete dummyHead1;
        return head;
    }
};

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(n)

代码随想录idea：不需要再开辟空间，只要把指针反一下。利用三个指针可以做到。https://programmercarl.com/0206.翻转链表.html#双指针法

/**
 * 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) {
        ListNode* temp;   // 保存cur的下一个节点
        ListNode* pre = NULL;
        ListNode* cur = head;

        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;
    }
};

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(1)

困难及收获

困难

1、链表的定义，增删改查

2、单链表虚拟头节点的思想

今日收获

双指针真是个好东西。

C++得多注意内存，释放空间。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-476060.html

到了这里，关于day 3 | 203.移除链表元素、707.设计链表、206.反转链表的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！