本文章代码以c++为例!
一、力扣第24题:两两交换链表中的节点
给定一个链表,两两交换其中相邻的节点,并返回交换后的链表。
你不能只是单纯的改变节点内部的值,而是需要实际的进行节点交换。
思路:
这道题建议使用虚拟头结点,这样会方便很多,要不然每次针对头结点(没有前一个指针指向头结点),还要单独处理。
接下来就是交换相邻两个元素了,此时一定要画图,不画图,操作多个指针很容易乱,而且要操作的先后顺序
初始时,cur指向虚拟头结点,然后进行如下三步,操作之后,链表如下::
看这个可能就更直观一些了:
对应的C++代码实现如下: (注释中详细和如上图中的三步做对应):
class Solution {
public:
ListNode* swapPairs(ListNode* head) {
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 != nullptr && cur->next->next != nullptr) {
ListNode* tmp = cur->next; // 记录临时节点
ListNode* tmp1 = cur->next->next->next; // 记录临时节点
cur->next = cur->next->next; // 步骤一
cur->next->next = tmp; // 步骤二
cur->next->next->next = tmp1; // 步骤三
cur = cur->next->next; // cur移动两位,准备下一轮交换
}
return dummyHead->next;
}
};
- 时间复杂度:O(n)
- 空间复杂度:O(1)
二、力扣第19题:删除链表的倒数第 N 个结点
思路:
这道题是双指针的经典应用,如果要删除倒数第n个节点,让fast移动n步,然后让fast和slow同时移动,直到fast指向链表末尾。删掉slow所指向的节点就可以了。
思路是这样的,但要注意一些细节。
分为如下几步:
此时不难写出如下C++代码:
二、力扣:面试题 02.07. 链表相交
-
首先这里我推荐大家使用虚拟头结点,这样方便处理删除实际头结点的逻辑。
-
定义fast指针和slow指针,初始值为虚拟头结点,如图:
-
-
fast首先走n + 1步 ,为什么是n+1呢,因为只有这样同时移动的时候slow才能指向删除节点的上一个节点(方便做删除操作),如图:
-
fast和slow同时移动,直到fast指向末尾,如题:
-
删除slow指向的下一个节点,如图:
C++代码:
class Solution { public: ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) { ListNode* dummyHead = new ListNode(0); dummyHead->next = head; ListNode* slow = dummyHead; ListNode* fast = dummyHead; while(n-- && fast != NULL) { fast = fast->next; } fast = fast->next; // fast再提前走一步,因为需要让slow指向删除节点的上一个节点 while (fast != NULL) { fast = fast->next; slow = slow->next; } slow->next = slow->next->next; // ListNode *tmp = slow->next; C++释放内存的逻辑 // slow->next = tmp->next; // delete nth; return dummyHead->next; } };
- 时间复杂度: O(n)
- 空间复杂度: O(1)
示例 1:
示例 2:
示例 3:
思路
简单来说,就是求两个链表交点节点的指针。 这里同学们要注意,交点不是数值相等,而是指针相等。
为了方便举例,假设节点元素数值相等,则节点指针相等。
看如下两个链表,目前curA指向链表A的头结点,curB指向链表B的头结点:
我们求出两个链表的长度,并求出两个链表长度的差值,然后让curA移动到,和curB 末尾对齐的位置,如图:
此时我们就可以比较curA和curB是否相同,如果不相同,同时向后移动curA和curB,如果遇到curA == curB,则找到交点。
否则循环退出返回空指针。
C++代码如下:
class Solution {
public:
ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {
ListNode* curA = headA;
ListNode* curB = headB;
int lenA = 0, lenB = 0;
while (curA != NULL) { // 求链表A的长度
lenA++;
curA = curA->next;
}
while (curB != NULL) { // 求链表B的长度
lenB++;
curB = curB->next;
}
curA = headA;
curB = headB;
// 让curA为最长链表的头,lenA为其长度
if (lenB > lenA) {
swap (lenA, lenB);
swap (curA, curB);
}
// 求长度差
int gap = lenA - lenB;
// 让curA和curB在同一起点上(末尾位置对齐)
while (gap--) {
curA = curA->next;
}
// 遍历curA 和 curB,遇到相同则直接返回
while (curA != NULL) {
if (curA == curB) {
return curA;
}
curA = curA->next;
curB = curB->next;
}
return NULL;
}
};
时间复杂度:O(n + m)
空间复杂度:O(1)
一、力扣第142题:环形链表 II
思路
这道题目,不仅考察对链表的操作,而且还需要一些数学运算。
主要考察两知识点:
- 判断链表是否环
- 如果有环,如何找到这个环的入口
# 判断链表是否有环
可以使用快慢指针法,分别定义 fast 和 slow 指针,从头结点出发,fast指针每次移动两个节点,slow指针每次移动一个节点,如果 fast 和 slow指针在途中相遇 ,说明这个链表有环。
为什么fast 走两个节点,slow走一个节点,有环的话,一定会在环内相遇呢,而不是永远的错开呢
首先第一点:fast指针一定先进入环中,如果fast指针和slow指针相遇的话,一定是在环中相遇,这是毋庸置疑的。
那么来看一下,为什么fast指针和slow指针一定会相遇呢?
可以画一个环,然后让 fast指针在任意一个节点开始追赶slow指针。
会发现最终都是这种情况, 如下图:
fast和slow各自再走一步, fast和slow就相遇了
这是因为fast是走两步,slow是走一步,其实相对于slow来说,fast是一个节点一个节点的靠近slow的,所以fast一定可以和slow重合。
动画如下:
# 如果有环,如何找到这个环的入口
此时已经可以判断链表是否有环了,那么接下来要找这个环的入口了。
假设从头结点到环形入口节点 的节点数为x。 环形入口节点到 fast指针与slow指针相遇节点 节点数为y。 从相遇节点 再到环形入口节点节点数为 z。 如图所示:
那么相遇时: slow指针走过的节点数为: x + y
, fast指针走过的节点数:x + y + n (y + z)
,n为fast指针在环内走了n圈才遇到slow指针, (y+z)为 一圈内节点的个数A。
因为fast指针是一步走两个节点,slow指针一步走一个节点, 所以 fast指针走过的节点数 = slow指针走过的节点数 * 2:
(x + y) * 2 = x + y + n (y + z)
两边消掉一个(x+y): x + y = n (y + z)
因为要找环形的入口,那么要求的是x,因为x表示 头结点到 环形入口节点的的距离。
所以要求x ,将x单独放在左面:x = n (y + z) - y
,
再从n(y+z)中提出一个 (y+z)来,整理公式之后为如下公式:x = (n - 1) (y + z) + z
注意这里n一定是大于等于1的,因为 fast指针至少要多走一圈才能相遇slow指针。
这个公式说明什么呢?
先拿n为1的情况来举例,意味着fast指针在环形里转了一圈之后,就遇到了 slow指针了。
当 n为1的时候,公式就化解为 x = z
,
这就意味着,从头结点出发一个指针,从相遇节点 也出发一个指针,这两个指针每次只走一个节点, 那么当这两个指针相遇的时候就是 环形入口的节点。
也就是在相遇节点处,定义一个指针index1,在头结点处定一个指针index2。
让index1和index2同时移动,每次移动一个节点, 那么他们相遇的地方就是 环形入口的节点。
动画如下:
那么 n如果大于1是什么情况呢,就是fast指针在环形转n圈之后才遇到 slow指针。
其实这种情况和n为1的时候 效果是一样的,一样可以通过这个方法找到 环形的入口节点,只不过,index1 指针在环里 多转了(n-1)圈,然后再遇到index2,相遇点依然是环形的入口节点。
代码如下:
/**
* 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* fast = head;
ListNode* slow = head;
while(fast != NULL && fast->next != NULL) {
slow = slow->next;
fast = fast->next->next;
// 快慢指针相遇,此时从head 和 相遇点,同时查找直至相遇
if (slow == fast) {
ListNode* index1 = fast;
ListNode* index2 = head;
while (index1 != index2) {
index1 = index1->next;
index2 = index2->next;
}
return index2; // 返回环的入口
}
}
return NULL;
}
};
- 时间复杂度: O(n),快慢指针相遇前,指针走的次数小于链表长度,快慢指针相遇后,两个index指针走的次数也小于链表长度,总体为走的次数小于 2n
- 空间复杂度: O(1)
补充
在推理过程中,大家可能有一个疑问就是:为什么第一次在环中相遇,slow的 步数 是 x+y 而不是 x + 若干环的长度 + y 呢?
即文章链表:环找到了,那入口呢?
(opens new window)中如下的地方:
首先slow进环的时候,fast一定是先进环来了。
如果slow进环入口,fast也在环入口,那么把这个环展开成直线,就是如下图的样子:
可以看出如果slow 和 fast同时在环入口开始走,一定会在环入口3相遇,slow走了一圈,fast走了两圈。
重点来了,slow进环的时候,fast一定是在环的任意一个位置,如图:
那么fast指针走到环入口3的时候,已经走了k + n 个节点,slow相应的应该走了(k + n) / 2 个节点。
因为k是小于n的(图中可以看出),所以(k + n) / 2 一定小于n。
也就是说slow一定没有走到环入口3,而fast已经到环入口3了。
这说明什么呢?
在slow开始走的那一环已经和fast相遇了。
那有同学又说了,为什么fast不能跳过去呢? 在刚刚已经说过一次了,fast相对于slow是一次移动一个节点,所以不可能跳过去。
好了,这次把为什么第一次在环中相遇,slow的 步数 是 x+y 而不是 x + 若干环的长度 + y ,用数学推理了一下,算是对链表:环找到了,那入口呢?
(opens new window)的补充。文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-618261.html
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