1.链表
链表是通过指针串联在一起的线性结构,每个节点由两部分组成,一个是数据域,一个是指针域(存放指向下一个节点的指针)。
2.链表一般有三种类型,一种是单链表,一种是双链表,还有一种是循环链表。
3.单链表有个头结点,头结点的数据域一般存放总数据的长度等属性信息,指针域存放第一节点的地址。
4.双链表有两个指针域,前一个指向上一节点,后一个指向下一节点。即双链表既可以向前查询也可以向后查询。
5.循环链表即链表首位相连,最后一个节点的指针域并不是null,而是指向头结点。
6.链表在内存中并不是连续分布的。
//单链表。 或者说是定义一个节点
struct ListNode{
int val; //节点数据域存放的数据
ListNode *next; //指向下一节点的指针域。此处因为是指向节点,所以指针的数据类型也应该是一个节点的数据类型
ListNode(int x): val(x),next(Null){} //节点的构造函数
//构造函数是指不需要自己显式调用的函数
};
通过自己定义构造函数初始化节点:
ListNode* head = new ListNode(5);
使用默认构造函数初始化节点:
ListNode* head = new ListNode();
head->val = 5;
7.删除节点
只需将待删除节点的上一节点的指针指向下下节点即可。在C++中最好再释放掉D节点的内存。
8.添加节点
操作也简单,将某一节点的指针指向添加节点的地址,添加节点的指针指向下一节点。
9.性能分析
插入/删除复杂度 | 查询时间复杂度 | 适用场景 | |
---|---|---|---|
数组 | O(n) | O(1) | 频繁查找,较少增删,数据量固定 |
列表 | O(1) | O(n) | 频繁增删,少查询,数据量不固定 |
10.移除链表元素
LeetCode 题203
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 。
10.1 解法:删除链表某一元素需要需将待删除节点的上一节点的指针指向下下节点,而如果待删除的节点是头节点,需要将头结点变为头结点的下一节点。为了使代码更简洁,提出了虚拟头结点的概念,虚拟头结点的指针指向的是头结点。即头结点前面多出了虚拟节点。
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,这样方面后面做删除操作
ListNode* cur = dummyHead;
while (cur->next != NULL) {
if(cur->next->val == val) {
ListNode* tmp = cur->next;
cur->next = cur->next->next;
delete tmp; //c++中需要手动删除释放内存
} else {
cur = cur->next;
}
}
head = dummyHead->next; //重新定义头节点,因为头节点可能被删除
delete dummyHead;
return head;
}
};
11.设计链表 LeetCode 题107
设计链表的实现。您可以选择使用单链表或双链表。单链表中的节点应该具有两个属性: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。如果要使用双向链表,则还需要一个属性 prev 以指示链表中的上一个节点。假设链表中的所有节点都是 0-index 的。
在链表类中实现这些功能:
get(index):获取链表中第 index 个节点的值。如果索引无效,则返回-1。
addAtHead(val):在链表的第一个元素之前添加一个值为 val 的节点。插入后,新节点将成为链表的第一个节点。
addAtTail(val):将值为 val 的节点追加到链表的最后一个元素。
addAtIndex(index,val):在链表中的第 index 个节点之前添加值为 val 的节点。如果 index 等于链表的长度,则该节点将附加到链表的末尾。如果 index 大于链表长度,则不会插入节点。如果index小于0,则在头部插入节点。
deleteAtIndex(index):如果索引 index 有效,则删除链表中的第 index 个节点。
来源:力扣(LeetCode)
11.1 自己解法
class MyLinkedList {
public:
struct linkedNode{
int val;
linkedNode *next;
linkedNode(int val):val(val), next(nullptr) {} //构造函数
};
//初始化链表
MyLinkedList() {
_dummyHead = new linkedNode(0); //定义虚拟头结点
_size = 0;
}
int get(int index) {
int val;
int i;
linkedNode *cur = _dummyHead;
linkedNode *cur1 = _dummyHead->next;
if(index >= _size || index < 0){
return -1;
}
else{
for(i =0; i <= index; i++){
cur = cur -> next;
}
val = cur->val;
return val;
}
}
void addAtHead(int val) {
linkedNode *_newhead = new linkedNode(val);
_newhead -> next = _dummyHead -> next;
_dummyHead -> next = _newhead;
_size ++;
}
void addAtTail(int val) {
linkedNode *_newtail = new linkedNode(val);
linkedNode *cur = _dummyHead;
for(int i = 0; i < _size; i++){
cur = cur->next;
}
cur -> next = _newtail;
_size ++;
}
void addAtIndex(int index, int val) {
linkedNode *_newindex = new linkedNode(val);
linkedNode *cur = _dummyHead;
linkedNode *cur1 = _dummyHead->next;
if( index > _size){
return;
}
else if(index == 0){
addAtHead(val);
}
else{
for(int i = 0; i < index; i++){
cur = cur -> next;
}
_newindex -> next = cur -> next;
cur -> next = _newindex;
_size++;
}
}
void deleteAtIndex(int index) {
linkedNode *cur = _dummyHead;
if(index >= _size || index <0){
return ;
}
for(int i = 0; i < index; i++){
cur = cur -> next;
}
linkedNode *temp = cur -> next;
cur -> next =cur -> next ->next;
delete temp;
_size--;
}
private:
linkedNode *_dummyHead;
int _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);
*/
11.2 总结
该题算法不难,难在对链表的理解以及思维的缜密,避免漏掉任何一种情况,想清楚链表的走向,指针指到到了哪一步都是需要注意的。
11.3 随想录解法
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,则置为0,作为链表的新头节点。
void addAtIndex(int index, int val) {
if (index > _size || index < 0) {
return;
}
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;
_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;
};
12.翻转链表 LeetCode 题206
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。
12.1 自己解法
先遍历完原链表,并把原链表的值保存到数组,然后往后遍历该数组将其值重新赋给链表。
/**
* 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) {
int temp[10000];
int i =0;
ListNode* _dummyHead = new ListNode(0);
_dummyHead -> next = head;
ListNode* cur = _dummyHead;
while(cur->next ){
cur = cur->next;
temp[i] = cur->val;
i ++;
}
cur = _dummyHead;
for(int j =i-1; j>=0; j--){
cur = cur->next;
cur->val = temp[j];
}
return head;
}
};
12.2 代码随想录答案
12.2.1 双指针法
定义一个pre指针,初始是null。再定义一个cur指针,初始是head。将pre的值赋给cur的next个元素,就能完成指针的翻转,然后pre再向前挪,之后cur再向前挪。https://programmercarl.com/0206.%E7%BF%BB%E8%BD%AC%E9%93%BE%E8%A1%A8.html#%E5%8F%8C%E6%8C%87%E9%92%88%E6%B3%95
class Solution {
public:
ListNode* reverseList(ListNode* head) {
ListNode* temp; // 保存cur的下一个节点
ListNode* cur = head;
ListNode* pre = NULL;
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;
}
};
12.2.2 递归写法
跟双指针代码逻辑一样
class Solution {
public:
ListNode* reverse(ListNode* pre,ListNode* cur){
if(cur == NULL) return pre;
ListNode* temp = cur->next;
cur->next = pre;
// 可以和双指针法的代码进行对比,如下递归的写法,其实就是做了这两步
// pre = cur;
// cur = temp;
return reverse(cur,temp);
}
ListNode* reverseList(ListNode* head) {
// 和双指针法初始化是一样的逻辑
// ListNode* cur = head;
// ListNode* pre = NULL;
return reverse(NULL, head);
}
};