链表面试题
203. 移除链表元素
题目
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 。
题目链接：移除链表元素
解法一：递归
代码如下：
struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val){
if(head==NULL)
return NULL;
head->next=removeElements(head->next,val);
return head->val==val?head->next:head;
}
递归的写法看起来简洁，实际并没有迭代写法好理解，而且在空间复杂度上也比迭代高，这里的递归写法思路主要是先向下找到尾结点后，向上逐个返回，如果等于val值，就将该节点上一个元素直接指向该节点下一个元素，等于是将该点从链表中删除了
如下图：
解法二：迭代
代码如下：
struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val){
struct ListNode* headhead=malloc(sizeof(struct ListNode));
headhead->next=head;
struct ListNode* temp=headhead;
while(temp->next!=NULL)
{
if(temp->next->val==val)
temp->next=temp->next->next;
else
temp=temp->next;
}
return headhead->next;
}
迭代的思路就比较好理解了，先创建一个结点空间headhead，让它指向head，再用temp复制该内存地址，使用temp对链表进行遍历，找到等于val值的元素就删除，直至遍历完整个链表，最后headhead指向的下一个位置即为删除val结点的head头结点位置。
206. 反转链表
题目
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。
题目链接：反转链表
解法一：递归
代码如下：
struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head) {
if (head == NULL || head->next == NULL) {
return head;
}
struct ListNode* newHead = reverseList(head->next);
head->next->next = head;
head->next = NULL;
return newHead;
}
这里的递归写法相对于上一题更不好理解一些，具体也是向下找到最后一个结点，逐个反转，如下图：
解法二：迭代
代码如下：
struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head){
struct ListNode* prev=NULL;
struct ListNode* cur=head;
while(cur)
{
struct ListNode* next=cur->next;
cur->next=prev;
prev=cur;
cur=next;
}
return prev;
}
迭代写法就很简单了，设定两个指针，prev指向NULL，cur指向头结点，再用循环从头开始反转，最后prev即为头结点，返回prev即可。
876. 链表的中间结点
题目
给你单链表的头结点 head ，请你找出并返回链表的中间结点。
如果有两个中间结点，则返回第二个中间结点。
题目链接：链表的中间结点
解法一：快慢指针法
代码如下：
struct ListNode* middleNode(struct ListNode* head){
struct ListNode* fast = head;
struct ListNode* slow = head;
while(fast&&fast->next)
{
slow=slow->next;
fast=fast->next->next;
}
return slow;
}
个人觉得快慢指针的写法更简洁且好理解，大概的思路就是slow指针走一步，fast指针走两步，fast遍历完链表，slow指针指向的即为中间结点。
解法二：单指针法
代码如下:
struct ListNode* middleNode(struct ListNode* head){
int n=0;
struct ListNode* cur=head;
while(cur!=NULL)
{
n++;
cur=cur->next;
}
int k=n/2;
cur=head;
while(k>0)
{
cur=cur->next;
k--;
}
return cur;
}
这个算法的思路就是用cur指针先遍历一遍数组，用n记录结点个数，再用结点数/2的值赋给k，cur重新指向头结点，再进行遍历k个位置，最后cur停在的结点位置即为中间节点位置。
链表中倒数第k个结点
题目
输入一个链表，输出该链表中倒数第k个结点。
题目链接：链表中倒数第k个结点
解法
代码如下：
struct ListNode* FindKthToTail(struct ListNode* pListHead, int k ) {
struct ListNode* fast=pListHead;
struct ListNode* slow=pListHead;
while(k--)
{
if(fast==NULL)
{
return NULL;
}
fast=fast->next;
}
while(fast)
{
fast=fast->next;
slow=slow->next;
}
return slow;
}
这里用的是双指针的写法，先让fast指针向前走k个结点位置，再让fast和slow同时走，直到fast走到NULL，此时的slow指向的就是倒数第k个结点。
21. 合并两个有序链表
题目
将两个升序链表合并为一个新的 升序 链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。
题目链接：合并两个有序链表
解法一：递归
代码如下：
struct ListNode* mergeTwoLists(struct ListNode* list1, struct ListNode* list2){
if(list1==NULL)
return list2;
else if(list2==NULL)
return list1;
else if(list1->val<list2->val)
{
list1->next=mergeTwoLists(list1->next,list2);
return list1;
}
else
{
list2->next=mergeTwoLists(list1,list2->next);
return list2;
}
}
这种递归写法相对好理解一些，前两个条件是考虑list1或list2为空的情况发生，后两个条件都是使用递归，当list1头结点值小于list2头结点值时，则头结点为list1，否则为list2，然后继续向下一结点递归，最后合并完整个链表。
解法二：迭代
代码如下：
struct ListNode* mergeTwoLists(struct ListNode* list1, struct ListNode* list2){
struct ListNode* list3=(struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
struct ListNode* p3=list3;
while(list1!=NULL&&list2!=NULL)
{
if(list1->val<list2->val)
{
p3->next=list1;
list1=list1->next;
p3=p3->next;
p3->next=NULL;
}
else
{
p3->next=list2;
list2=list2->next;
p3=p3->next;
p3->next=NULL;
}
}
if(list1==NULL)
p3->next=list2;
if(list2==NULL)
p3->next=list1;
return list3->next;
}
这种写法的思路是借助额外的空间，也是逐个比较大小，再将结点从小到大串联，最后返回额外的空间结点指向的下一结点，即为调整好的链表。
CM11 链表分割
题目
现有一链表的头指针 ListNode* pHead，给一定值x，编写一段代码将所有小于x的结点排在其余结点之前，且不能改变原来的数据顺序，返回重新排列后的链表的头指针。
题目链接：链表分割
解法
代码如下：
class Partition {
public:
ListNode* partition(ListNode* pHead, int x) {
struct ListNode* lesstail=(struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
struct ListNode* moretail=(struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
struct ListNode* less=lesstail;
struct ListNode* more=moretail;
struct ListNode* cur=pHead;
while(cur)
{
if(cur->val<x)
{
less->next=cur;
less=less->next;
cur=cur->next;
}
else
{
more->next=cur;
more=more->next;
cur=cur->next;
}
}
more->next=NULL;
less->next=moretail->next;
pHead=lesstail->next;
free(lesstail);
free(moretail);
return pHead;
}
};
这里的题，没有c语言选项，可以直接在c++里写也是没有问题的，因为c++兼容c的大部分代码，首先我们创建两个临时空间用于保存较小值和较大值的链表空间分别复制给less和more两个指针，将pHead复制给cur指针，然后利用循环将cur指针逐个遍历pHead中的结点值与val进行比较，较小值用less指向，较大值用more指向，最后more再指向NULL（此时more指向的应该是最后的结点），less指向moretail第一个结点，再将pHead指向lesstail第一个结点，再将两个临时空间释放，最后返回pHead即为分割好的链表。
OR36 链表的回文结构
题目
对于一个链表，请设计一个时间复杂度为O(n),额外空间复杂度为O(1)的算法，判断其是否为回文结构。
给定一个链表的头指针A，请返回一个bool值，代表其是否为回文结构。保证链表长度小于等于900。
测试样例：1->2->2->1
返回：true
题目链接：链表的回文结构
解法
代码如下：
class PalindromeList {
public:
bool chkPalindrome(ListNode* A)
{
struct ListNode*slow=A;
struct ListNode*fast=A;
while(fast->next)
{
slow=slow->next;
fast=fast->next;
}
struct ListNode*change=NULL;
struct ListNode*head=slow;
while(head)
{
struct ListNode*next=slow->next;
head->next=change;
change=head;//重新置头
head=next;
}
while(slow)
{
if(A->val!=change->val)
{
return false;
}
slow=slow->next;
change=change->next;
}
return true;
}
};
这个算法的思路是先建立两个快慢指针，fast指针走两步，slow指针走一步，当fast指针遍历完整个链表时，slow指向链表中间位置，再创建两个指针一个指向NULL，另一个复制slow当前地址，再将slow之后的链表进行反转，再比较，只要有一个值不相等即返回false，遍历后都相等，返回ture。
160. 相交链表
题目
给你两个单链表的头节点 headA 和 headB ，请你找出并返回两个单链表相交的起始节点。如果两个链表不存在相交节点，返回 null 。
图示两个链表在节点 c1 开始相交：
题目数据 保证 整个链式结构中不存在环。
注意，函数返回结果后，链表必须 保持其原始结构。
题目链接：相交链表
解法
代码如下：
struct ListNode *getIntersectionNode(struct ListNode *headA, struct ListNode *headB) {
if (headA == NULL || headB == NULL) {
return NULL;
}
struct ListNode *p, *q;
for (p = headA, q = headB; p != q; ){
if (p != NULL)
p = p->next;
else
p = headB;
if (q != NULL)
q = q->next;
else
q = headA;
}
return p;
}
这种算法的主体思路为复制AB两个头结点指针，两个结点同时开始遍历，如果第一趟遍历不相等，那先到尾结点的指针先走到另一头结点的位置，之后另一个指针接着走一步，如果两指针不相等，就一直进入循环，直至两指针相等跳出循环，最后返回其中一个结点即为相交结点。
上述代码可改为下面的简洁形式：
struct ListNode *getIntersectionNode(struct ListNode *headA, struct ListNode *headB) {
if(headA==NULL||headB==NULL)
return NULL;
struct ListNode *p=headA,*q=headB;
while(p!=q)
{
p=p==NULL?headB:p->next;
q=q==NULL?headA:q->next;
}
return q;
}
141. 环形链表
给你一个链表的头节点 head ，判断链表中是否有环。
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）。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。
如果链表中存在环 ，则返回 true 。 否则，返回 false 。
题目链接：环形链表
解法
代码如下：
bool hasCycle(struct ListNode* head) {
if (head == NULL || head->next == NULL) {
return false;
}
struct ListNode* slow = head;
struct ListNode* fast = head->next;
while (slow != fast) {
if (fast == NULL || fast->next == NULL) {
return false;
}
slow = slow->next;
fast = fast->next->next;
}
return true;
}
这里使用快慢指针的写法，slow指针从头开始，fast指针从第二个结点开始，首先在循环中，如果fast指针走到了NULL或下一结点为空，则直接返回false，如果是环状的，则fast指针走两步，slow指针走一步，最终两指针会相遇， 最后跳出循环，返回ture。
142. 环形链表 II
题目
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。
题目链接：环形链表||
解析
代码如下：
struct ListNode* detectCycle(struct ListNode* head) {
struct ListNode *slow = head, *fast = head;
while (fast != NULL) {
slow = slow->next;
if (fast->next == NULL) {
return NULL;
}
fast = fast->next->next;
if (fast == slow) {
struct ListNode* ptr = head;
while (ptr != slow) {
ptr = ptr->next;
slow = slow->next;
}
return ptr;
}
}
return NULL;
}
这种解法思路延续上一题的快慢指针，只不过fast指针也是从头开始以及返回值改变了，遍历环形链表fast等于slow时，此时先判断slow是否等于头结点，如果等于头结点，则直接返回头结点，如果不等，则进入循环，各自走一步，直至相等，返回相等时的结点即为环结点。
138. 复制带随机指针的链表
题目
给你一个长度为 n 的链表，每个节点包含一个额外增加的随机指针 random ，该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。
构造这个链表的 深拷贝。 深拷贝应该正好由 n 个 全新 节点组成，其中每个新节点的值都设为其对应的原节点的值。新节点的 next 指针和 random 指针也都应指向复制链表中的新节点，并使原链表和复制链表中的这些指针能够表示相同的链表状态。复制链表中的指针都不应指向原链表中的节点 。
例如，如果原链表中有 X 和 Y 两个节点，其中 X.random --> Y 。那么在复制链表中对应的两个节点 x 和 y ，同样有 x.random --> y 。
返回复制链表的头节点。
用一个由 n 个节点组成的链表来表示输入/输出中的链表。每个节点用一个 [val, random_index] 表示：
val：一个表示 Node.val 的整数。
random_index：随机指针指向的节点索引（范围从 0 到 n-1）；如果不指向任何节点，则为 null 。
你的代码 只 接受原链表的头节点 head 作为传入参数。
题目链接：复制带随机指针的链表
解析
代码如下：
struct Node* copyRandomList(struct Node* head) {
if(head == NULL)
return NULL;
struct Node* p = head;
struct Node* phead = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));//复制后要返回的链表头结点
struct Node* ph = phead;//复制phead结点
while(p)//p不为NULL则一直循环
{
struct Node* tmp = p->next;//保存p的下一结点
ph->val = p->val;//复制值到pHead
p->next = ph;//p指向ph
ph->random = p->random;//复制random指针给ph
ph->next = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));//开辟下一结点空间
if(tmp)
ph = ph->next;//为真表示后面还有结点，ph指向下一结点
else
ph->next = NULL;//为假表示后面没结点了
p = tmp;//p指向p的下一结点
}
ph = phead;//再复制phead到ph
while(ph)
{
if(ph->random)//random指向空则不执行
ph->random = ph->random->next;//random指向的修正
ph = ph->next;//指向下一结点
}
return phead;
}
代码分析我写在注释中了，主要思路是，先将p(head)的val复制到ph(phead)，然后将p的next指向当前ph结点，然后将p当前的random复制给ph(phead)的random，遍历直至p指向空，再将ph(phead)的random指向修正，最后phead即为复制后的链表
可以结合作者画的草图理解一下：
这个图可能画的不好，小伙伴如果理解不了可以自己画一遍推一下代码，应该就可以理解了。
结语
这里的解法代码部分来自力扣官方和作者自己的解法，作者只是进行了详细的剖析和部分改动方便大家理解和提升自己，学会多角度观察问题，解决问题。
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