一、矩阵

54.螺旋矩阵(循环不变量)

一个矩阵，循环遍历出来，就得按照顺序去遍历，然后插到我们定义的矩阵里面去

class Solution {
    public int[][] generateMatrix(int n) {
        int[][] nums = new int[n][n];//定义一个矩阵
        int startX = 0, startY = 0;  // 每一圈的起始点
        int offset = 1;
        int count = 1;  // 矩阵中需要填写的数字
        int loop = 1; // 记录当前的圈数
        int i, j; // j 代表列, i 代表行;

        while (loop <= n / 2) {

            // 顶部
            // 左闭右开，所以判断循环结束时， j 不能等于 n - offset
            for (j = startY; j < n - offset; j++) {
                nums[startX][j] = count++;
            }

            // 右列
            // 左闭右开，所以判断循环结束时， i 不能等于 n - offset
            for (i = startX; i < n - offset; i++) {
                nums[i][j] = count++;
            }

            // 底部
            // 左闭右开，所以判断循环结束时， j != startY
            for (; j > startY; j--) {
                nums[i][j] = count++;
            }

            // 左列
            // 左闭右开，所以判断循环结束时， i != startX
            for (; i > startX; i--) {
                nums[i][j] = count++;
            }
            startX++;
            startY++;
            offset++;
            loop++;
        }
        if (n % 2 == 1) { // n 为奇数时，单独处理矩阵中心的值
            nums[startX][startY] = count;
        }
        return nums;
    }
}

二、链表

1 移除链表元素

1.1 原链表删除元素：

/**
 * 不添加虚拟节点and pre Node方式
 * 时间复杂度 O(n)
 * 空间复杂度 O(1)
 * @param head
 * @param val
 * @return
 */
public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
    while(head!=null && head.val==val){//head!=null用于防止空指针错误，如果头节点就等于val的话
    直接让头节点指向下一位。
        head = head.next;
    }
    ListNode curr = head;//把头节点的位置拿到
    while(curr!=null){//防止空指针
        while(curr.next!=null && curr.next.val == val){//头指针的下一个也不为null，下一个为
        val，那么我们的的next就要等于next.next了
            curr.next = curr.next.next;
        }
        curr = curr.next;//把等于的值的curr返回。
    }
    return head;
}

1.2 虚拟头节点（！！！）

/**
 * 添加虚节点方式
 * 时间复杂度 O(n)
 * 空间复杂度 O(1)
 * @param head
 * @param val
 * @return
 */
public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
    if (head == null) {
        return head;
    }
    // 因为删除可能涉及到头节点，所以设置dummy节点，统一操作
    ListNode dummy = new ListNode(-1, head);
    ListNode pre = dummy;
    ListNode cur = head;
    while (cur != null) {
        if (cur.val == val) {
            pre.next = cur.next;
        } else {
            pre = cur;
        }
        cur = cur.next;
    }
    return dummy.next;
}

2. 设计链表

//单链表
class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(){}
    ListNode(int val) {
        this.val=val;
    }
}
class MyLinkedList {
    //size存储链表元素的个数
    int size;
    //虚拟头结点
    ListNode head;

    //初始化链表
    public MyLinkedList() {
        size = 0;
        head = new ListNode(0);
    }

    //获取第index个节点的数值，注意index是从0开始的，第0个节点就是头结点
    public int get(int index) {
        //如果index非法，返回-1
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        ListNode currentNode = head;
        //包含一个虚拟头节点，所以查找第 index+1 个节点
        for (int i = 0; i <= index; i++) {
            currentNode = currentNode.next;
        }
        return currentNode.val;
    }

    //在链表最前面插入一个节点，等价于在第0个元素前添加
    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }

    //在链表的最后插入一个节点，等价于在(末尾+1)个元素前添加
    public void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(size, val);
    }

    // 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
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > size) {
            return;
        }
        if (index < 0) {
            index = 0;
        }
        size++;
        //找到要插入节点的前驱
        ListNode pred = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            pred = pred.next;
        }
        ListNode toAdd = new ListNode(val);
        toAdd.next = pred.next;
        pred.next = toAdd;
    }

    //删除第index个节点
    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        size--;
        if (index == 0) {
            head = head.next;
	    return;
        }
        ListNode pred = head;
        for (int i = 0; i < index ; i++) {
            pred = pred.next;
        }
        pred.next = pred.next.next;
    }
}

//双链表
class ListNode{
    int val;
    ListNode next,prev;
    ListNode() {};
    ListNode(int val){
        this.val = val;
    }
}


class MyLinkedList {  

    //记录链表中元素的数量
    int size;
    //记录链表的虚拟头结点和尾结点
    ListNode head,tail;
    
    public MyLinkedList() {
        //初始化操作
        this.size = 0;
        this.head = new ListNode(0);
        this.tail = new ListNode(0);
        //这一步非常关键，否则在加入头结点的操作中会出现null.next的错误！！！
        head.next=tail;
        tail.prev=head;
    }
    
    public int get(int index) {
        //判断index是否有效
        if(index<0 || index>=size){
            return -1;
        }
        ListNode cur = this.head;
        //判断是哪一边遍历时间更短
        if(index >= size / 2){
            //tail开始
            cur = tail;
            for(int i=0; i< size-index; i++){
                cur = cur.prev;
            }
        }else{
            for(int i=0; i<= index; i++){
                cur = cur.next; 
            }
        }
        return cur.val;
    }
    
    public void addAtHead(int val) {
        //等价于在第0个元素前添加
        addAtIndex(0,val);
    }
    
    public void addAtTail(int val) {
        //等价于在最后一个元素(null)前添加
        addAtIndex(size,val);
    }
    
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        //index大于链表长度
        if(index>size){
            return;
        }
        //index小于0
        if(index<0){
            index = 0;
        }
        size++;
        //找到前驱
        ListNode pre = this.head;
        for(int i=0; i<index; i++){
            pre = pre.next;
        }
        //新建结点
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        newNode.next = pre.next;
        pre.next.prev = newNode;
        newNode.prev = pre;
        pre.next = newNode;
        
    }
    
    public void deleteAtIndex(int index) {
        //判断索引是否有效
        if(index<0 || index>=size){
            return;
        }
        //删除操作
        size--;
        ListNode pre = this.head;
        for(int i=0; i<index; i++){
            pre = pre.next;
        }
        pre.next.next.prev = pre;
        pre.next = pre.next.next;
    }
}

206. 反转链表(双向指针和递归)

双指针

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。

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
     ListNode cur=head;
     ListNode prev=null;
     ListNode temp=null;

     while(cur != null){
        temp=cur.next;//上面这俩位置是把拿到的值拼凑到一起
        cur.next=prev;
        prev=cur;//下面这俩位置，是用来去拿数的
        cur=temp;
     }
     return prev;
    }
}

递归

// 递归 
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        return reverse(null, head);
    }

    private ListNode reverse(ListNode prev, ListNode cur) {
        if (cur == null) {
            return prev;
        }
        ListNode temp = null;
        temp = cur.next;// 先保存下一个节点
        cur.next = prev;// 反转
        // 更新prev、cur位置
        // prev = cur;
        // cur = temp;
        return reverse(cur, temp);
    }
}

交换链表中的元素

虚拟头节点法

class Solution {
  public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        ListNode dumyhead = new ListNode(-1); // 设置一个虚拟头结点
        dumyhead.next = head; // 将虚拟头结点指向head，这样方便后面做删除操作
        ListNode cur = dumyhead;
        ListNode temp; // 临时节点，保存两个节点后面的节点
        ListNode firstnode; // 临时节点，保存两个节点之中的第一个节点
        ListNode secondnode; // 临时节点，保存两个节点之中的第二个节点
        while (cur.next != null && cur.next.next != null) {
            temp = cur.next.next.next;
            firstnode = cur.next;
            secondnode = cur.next.next;
            cur.next = secondnode;       // 步骤一
            secondnode.next = firstnode; // 步骤二
            firstnode.next = temp;      // 步骤三
            cur = firstnode; // cur移动，准备下一轮交换
        }
        return dumyhead.next;  
    }
}

递归法

// 递归版本
class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        // base case 退出提交
        if(head == null || head.next == null) return head;
        // 获取当前节点的下一个节点
        ListNode next = head.next;
        // 进行递归
        ListNode newNode = swapPairs(next.next);
        // 这里进行交换
        next.next = head;
        head.next = newNode;

        return next;
    }
} 

删除链表的倒数第N个节点

class Solution {
    public ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
        //新建一个虚拟头节点指向head
        ListNode dummyNode = new ListNode(0);
        dummyNode.next = head;
        //快慢指针指向虚拟头节点
        ListNode fastIndex = dummyNode;
        ListNode slowIndex = dummyNode;

        // 只要快慢指针相差 n 个结点即可
        for (int i = 0; i <= n; i++) {
            fastIndex = fastIndex.next;
        }
        while (fastIndex != null) {
            fastIndex = fastIndex.next;
            slowIndex = slowIndex.next;
        }

        // 此时 slowIndex 的位置就是待删除元素的前一个位置。
        // 具体情况可自己画一个链表长度为 3 的图来模拟代码来理解
        // 检查 slowIndex.next 是否为 null，以避免空指针异常
        if (slowIndex.next != null) {
            slowIndex.next = slowIndex.next.next;
        }
        return dummyNode.next;
    }
}

142. 环形链表 II

给定一个链表的头节点 head ，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 null。
如果链表中有某个节点，可以通过连续跟踪 next 指针再次到达，则链表中存在环。 为了表示给定链表中的环，评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。如果 pos 是 -1，则在该链表中没有环。注意：pos 不作为参数进行传递，仅仅是为了标识链表的实际情况。

不允许修改 链表。

 ListNode slow = head;
        ListNode fast = head;
        while (fast != null && fast.next != null) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
            if (slow == fast) {// 有环
                ListNode index1 = fast;
                ListNode index2 = head;
                // 两个指针，从头结点和相遇结点，各走一步，直到相遇，相遇点即为环入口
                while (index1 != index2) {
                    index1 = index1.next;
                    index2 = index2.next;
                }
                return index1;
            }
        }
        return null;
        }
        }

链表相交（学习思路）

(版本一)先行移动长链表实现同步移动
public 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) {
            //1. swap (lenA, lenB);
            int tmpLen = lenA;
            lenA = lenB;
            lenB = tmpLen;
            //2. swap (curA, curB);
            ListNode tmpNode = curA;
            curA = curB;
            curB = tmpNode;
        }
        // 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-- > 0) {
            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;
    }

}

(版本二) 合并链表实现同步移动
public class Solution {
    public ListNode getIntersectionNode(ListNode headA, ListNode headB) {
		// p1 指向 A 链表头结点，p2 指向 B 链表头结点
		ListNode p1 = headA, p2 = headB;
		while (p1 != p2) {
			// p1 走一步，如果走到 A 链表末尾，转到 B 链表
			if (p1 == null) p1 = headB;
			else            p1 = p1.next;
			// p2 走一步，如果走到 B 链表末尾，转到 A 链表
			if (p2 == null) p2 = headA;
			else            p2 = p2.next;
		}
		return p1;
    }
}