数据结构与算法----复习Part 8 (链表双指针)

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目录

一,双指针简介(Two Pointers)

二,起点不一致的快慢指针

三,步长不一致的快慢指针

判断链表中是否含有环:

四,分离双指针


一,双指针简介(Two Pointers)

        在遍历元素的过程中,使用两个指针进行访问,并通过两个指针的位置与移动的条件,达到解决问题的目的。

        双指针有快慢指针与分离双指针,在链表中时常有环结构,因此方向不同的对撞双指针很少使用,且不够方便。

二,起点不一致的快慢指针

        两个指针从同一侧开始遍历链表,但是两个指针的起点不一样。快指针比慢指针先走 n 步,直到快指针移动到链表尾端为止。

伪代码模板:

slow = head
fast = head

while n:
    fast = fast.next
    n -= 1

while fast:
    fast = fast.next
    slow = slow.next
    

例题:

19. 删除链表的倒数第 N 个结点 - 力扣(LeetCode)

        找到倒数第 n 个指针,然后删除;

        即找到某节点 p,p 到链表尾部还有 n 个节点;

        可是使用快慢指针,fast 先走 n 个节点,使fast 领先 slow 指针 n 个节点;

        当 fast 走到链表尾部是, slow 指向将要移除的节点。

        令 slow 开始位置为 head 的前一个节点,则退出循环时,slow 指向移除节点的前一个节点。

class Solution:
    def removeNthFromEnd(self, head: Optional[ListNode], n: int) -> Optional[ListNode]:
        dummy = ListNode()
        dummy.next = head
        fast = head
        while n:
            fast = fast.next
            n -= 1
        slow = dummy
        while fast:
            fast = fast.next
            slow = slow.next
        slow.next = slow.next.next
        return dummy.next

        时间复杂度 O(n)

        空间复杂度 O(1)文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-826590.html

三,步长不一致的快慢指针

        两个指针从同侧开始遍历链表,起点一致但步长不一致,直到 fast 指针满足条件退出。

伪代码模板:

fast = head
slow = head

while fast and fast.next:
    slow = slow.next
    fast = fast.next.next

例题:

 876. 链表的中间结点 - 力扣(LeetCode)

class Solution:
    def middleNode(self, head: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        if not head or not head.next:
            return head
        slow = head
        fast = head
        while fast and fast.next:
            fast = fast.next.next
            slow = slow.next
        return slow

        时间复杂度 O(n)

        空间复杂度 O(1)

判断链表中是否含有环:

        Floyd 判环算法是快慢指针的经典应用。

        使用一个步长为 2 的 fast 指针和一个步长为 1 的 slow 指针,同时从起点出发,如果链表中有环,那么他们一定相遇。

        因为在两个指针都进入环后,可以视为在一快一慢跑圈的两个人,速度快的人必定在有限时间内追上速度慢的人,即完成套圈。

        快慢指针想遇后,在相遇位置启动一个新指针 A,在链表的 head 位置启动一个指针B,都以步长为 1 的速度移动,则 A,B指针必定在环的入口处相遇。

        可以通过运算求证:

        设进入环之前的链表长度为 a,环的长度为 L;

        在快慢指针运动中,若 slow 指针移动了 S 距离,则 fast 指针移动了 2S 距离;

        则 2S - S  = S 是快慢指针移动距离的差值;

        又因为 fast 与 slow 在环上相遇了,所以 fast 比 slow 多跑了 整数圈

        可以设 slow 跑了 n 圈,fast 跑了 m 圈,

        如果 slow 与 fast 在 0.6 圈的位置相遇,n = 1.6,m = 5.6

        S = a + n * L

        2 * S = a + m * L

        2 * S - S = S = (m - n)* L

        即,S 是环长 L 的整数倍。

        此时在该位置启动指针 A,在开始位置启动指针 B;

        当 B 走了 a 距离到环的入口位置时,A 走了 S + a 距离;

        因为 S 是 环长 L 的整数倍,所以此时 A,B 指针在环的入口位置相遇。

例题:

141. 环形链表 - 力扣(LeetCode)

class Solution:
    def hasCycle(self, head: Optional[ListNode]) -> bool:
        if not head or not head.next:
            return False
        fast = head.next
        slow = head
        while fast != slow:
            if not fast or not fast.next:
                return False
            fast = fast.next.next
            slow = slow.next
        return True

四,分离双指针

        两个指针分别属于不同的链表,在不同的链表中移动

伪代码模板:

left_1 = list1
left_2 = list2

while left_1 and left_2:
    if 一定条件 1:
        left_1 = left_1.next
        left_2 = left_2.next
    elif 一定条件 2:
        left_1 = left_1.next
    elif 一定条件 3:
        left_2 = left_2.next

例题:

21. 合并两个有序链表 - 力扣(LeetCode)

class Solution:
    def mergeTwoLists(self, list1: Optional[ListNode], list2: Optional[ListNode]) -> Optional[ListNode]:
        dummy = ListNode()
        cur = dummy
        left = list1
        right = list2
        while left and right:
            if left.val < right.val:
                cur.next = left
                left = left.next
            else:
                cur.next = right
                right = right.next
            cur = cur.next
        if left:
            cur.next = left
        if right:
            cur.next = right
        return dummy.next

        时间复杂度 O(n)

        空间复杂度 O(1)

到了这里,关于数据结构与算法----复习Part 8 (链表双指针)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!

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