LeetCode经典题_链表专题

其他 2020-01-26 20:32:02 阅读次数: 0

19.删除链表的倒数第N个节点

给定一个链表，删除链表的倒数第 n 个节点，并且返回链表的头结点。

示例：

给定一个链表: 1->2->3->4->5, 和 n = 2.

当删除了倒数第二个节点后，链表变为 1->2->3->5.
说明：

给定的 n 保证是有效的。

进阶：

你能尝试使用一趟扫描实现吗？

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {
        ListNode *dummy = new ListNode(-1);
        dummy->next = head;
        ListNode *first = dummy, *second = dummy;
        for(int i = 0; i < n; i ++) first = first->next;
        while(first->next)
        {
            first = first->next;
            second = second->next;
        }
        second->next = second->next->next;
        return dummy->next;
    }    
};

83.删除排序链表中的重复元素

给定一个排序链表，删除所有重复的元素，使得每个元素只出现一次。

示例 1:

输入: 1->1->2
输出: 1->2
示例 2:

输入: 1->1->2->3->3
输出: 1->2->3

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* deleteDuplicates(ListNode* head) {
        if(!head) return NULL;
        ListNode *first, *second;
        first = second = head;
        while(first)
        {
            if(first->val != second->val)
            {
                second->next = first;
                second = first;
            }
            first = first->next;
        }
        second->next = NULL;
        return head;
    }
};

206.反转链表

反转一个单链表。

示例:

输入: 1->2->3->4->5->NULL
输出: 5->4->3->2->1->NULL
进阶:
你可以迭代或递归地反转链表。你能否用两种方法解决这道题？

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        while(!head) return NULL;
        ListNode *pre = NULL;
        ListNode *cur = head;
        while(cur)
        {
            ListNode *next = cur->next;
            cur->next = pre;
            pre = cur;
            cur = next;
        }
        return pre;
    }
};

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* reverseList(ListNode* head) {
        if(!head || !head->next) return head;
        ListNode *p = reverseList(head->next);
        head->next->next = head;
        head->next = NULL;
        return p;
    }
};

92.反转链表2

反转从位置 m 到 n 的链表。请使用一趟扫描完成反转。

说明:
1 ≤ m ≤ n ≤ 链表长度。

示例:

输入: 1->2->3->4->5->NULL, m = 2, n = 4
输出: 1->4->3->2->5->NULL

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* reverseBetween(ListNode* head, int m, int n) {
        if(n == m) return head;
        ListNode *dummy = new ListNode(-1);
        dummy->next = head;
        ListNode *b = dummy;
        for(int i = 0; i < m - 1; i ++) b = b->next;
        ListNode *a = b;
        b = b->next;
        ListNode * c = b->next;
        for(int i = 0; i < n - m; i ++)
        {
            ListNode *next = c->next;
            c->next = b;
            b = c;
            c = next;      
        }
        ListNode *an = a->next;
        a->next = b;
        an->next = c;
        return dummy->next;
    }
};

61.旋转链表

给定一个链表，旋转链表，将链表每个节点向右移动 k 个位置，其中 k 是非负数。

示例 1:

输入: 1->2->3->4->5->NULL, k = 2
输出: 4->5->1->2->3->NULL
解释:
向右旋转 1 步: 5->1->2->3->4->NULL
向右旋转 2 步: 4->5->1->2->3->NULL
示例 2:

输入: 0->1->2->NULL, k = 4
输出: 2->0->1->NULL
解释:
向右旋转 1 步: 2->0->1->NULL
向右旋转 2 步: 1->2->0->NULL
向右旋转 3 步: 0->1->2->NULL
向右旋转 4 步: 2->0->1->NULL

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* rotateRight(ListNode* head, int k) {    
        if(!head) return head;
        int n = 0;
        ListNode *tail;
        for(auto p = head; p; p = p->next)
        {
            n ++;
            tail = p;
        }
        k %= n;
        if(!k) return head; 
        ListNode *a = head;
        for(int i = 0; i < n - k - 1; i ++)
            a = a->next;
        ListNode *b = a->next;
        tail->next = head;
        a->next = NULL;
        return b;
    }
};

143.重排链表

给定一个单链表 L：L0→L1→…→Ln-1→Ln ，
将其重新排列后变为： L0→Ln→L1→Ln-1→L2→Ln-2→…

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。

示例 1:

给定链表 1->2->3->4, 重新排列为 1->4->2->3.
示例 2:

给定链表 1->2->3->4->5, 重新排列为 1->5->2->4->3.

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    void reorderList(ListNode* head) {
        if(!head) return;
        int n = 0;
        for(auto p = head; p; p = p->next) n ++;
        if(n <= 2) return;
        ListNode *mid = head;
        for(int i = 0; i < (n + 1) / 2 - 1; i ++) mid = mid->next;
        ListNode *a = mid->next;
        mid->next = NULL;
        ListNode *b = a->next;
        a->next = NULL;
        while(b)
        {
            ListNode *next = b->next;
            b->next = a;
            a = b;
            b = next;
        }
        b = head;
        while(a)
        {
            ListNode *next = a->next;
            a->next = b->next, b->next = a;
            a = next;
            b = b->next->next;
        }        
    }
};

21.合并两个有序链表

将两个有序链表合并为一个新的有序链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有节点组成的。

示例：

输入：1->2->4, 1->3->4
输出：1->1->2->3->4->4

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* mergeTwoLists(ListNode* l1, ListNode* l2) {
        ListNode *dummy = new ListNode(-1);
        ListNode *a = dummy;        
        while(l1 && l2)
        {
            if(l1->val <= l2->val)
            {
                a->next = l1;
                l1 = l1->next;
            }
            else
            {
                a->next = l2;
                l2 = l2->next;
            }
            a = a->next;
        }
        while(l1) 
        {
            a->next = l1;
            l1 = l1->next;
            a = a->next;
        }
        while(l2) 
        {
            a->next = l2;
            l2 = l2->next;
            a = a->next;
        }
        return dummy->next;
    }
};

160.相交链表

编写一个程序，找到两个单链表相交的起始节点。

如下面的两个链表：

**************************

在节点 c1 开始相交。

示例 1：

**********************

输入：intersectVal = 8, listA = [4,1,8,4,5], listB = [5,0,1,8,4,5], skipA = 2, skipB = 3
输出：Reference of the node with value = 8
输入解释：相交节点的值为 8 （注意，如果两个列表相交则不能为 0）。从各自的表头开始算起，链表 A 为 [4,1,8,4,5]，链表 B 为 [5,0,1,8,4,5]。在 A 中，相交节点前有 2 个节点；在 B 中，相交节点前有 3 个节点。

示例 2：

******************

输入：intersectVal = 2, listA = [0,9,1,2,4], listB = [3,2,4], skipA = 3, skipB = 1
输出：Reference of the node with value = 2
输入解释：相交节点的值为 2 （注意，如果两个列表相交则不能为 0）。从各自的表头开始算起，链表 A 为 [0,9,1,2,4]，链表 B 为 [3,2,4]。在 A 中，相交节点前有 3 个节点；在 B 中，相交节点前有 1 个节点。

示例 3：

*****************

输入：intersectVal = 0, listA = [2,6,4], listB = [1,5], skipA = 3, skipB = 2
输出：null
输入解释：从各自的表头开始算起，链表 A 为 [2,6,4]，链表 B 为 [1,5]。由于这两个链表不相交，所以 intersectVal 必须为 0，而 skipA 和 skipB 可以是任意值。
解释：这两个链表不相交，因此返回 null。

注意：

如果两个链表没有交点，返回 null.
在返回结果后，两个链表仍须保持原有的结构。
可假定整个链表结构中没有循环。
程序尽量满足 O(n) 时间复杂度，且仅用 O(1) 内存。

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {
        ListNode *a = headA, *b = headB;
        while(a != b)
        {
            if(!a) a = headB;
            else a = a->next;
            if(!b) b = headA;
            else b = b->next;
        }
        return a;
    }
};

141.环形链表

给定一个链表，判断链表中是否有环。

为了表示给定链表中的环，我们使用整数 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。

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：true
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

*****************

示例 2：

输入：head = [1,2], pos = 0
输出：true
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。

******************

示例 3：

输入：head = [1], pos = -1
输出：false
解释：链表中没有环。

****************

进阶：

你能用 O(1)（即，常量）内存解决此问题吗？

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    bool hasCycle(ListNode *head) {
        if(!head) return head;
        ListNode *fast = head->next, *slow = head;
        while(fast && slow)
        {
            if(fast == slow) return true;
            fast = fast->next;
            slow = slow->next;
            if(fast) fast = fast->next;            
        }
        return false;
    }
};

147.对链表进行插入排序

对链表进行插入排序。
在这里插入图片描述

插入排序的动画演示如上。从第一个元素开始，该链表可以被认为已经部分排序（用黑色表示）。
每次迭代时，从输入数据中移除一个元素（用红色表示），并原地将其插入到已排好序的链表中。

插入排序算法：

插入排序是迭代的，每次只移动一个元素，直到所有元素可以形成一个有序的输出列表。
每次迭代中，插入排序只从输入数据中移除一个待排序的元素，找到它在序列中适当的位置，并将其插入。
重复直到所有输入数据插入完为止。

示例 1：

输入: 4->2->1->3
输出: 1->2->3->4
示例 2：

输入: -1->5->3->4->0
输出: -1->0->3->4->5

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* insertionSortList(ListNode* head) {
        ListNode *dummy = new ListNode(-1);       
        while(head)
        {
            ListNode *p = dummy;
            while(p->next && head->val >= p->next->val) p = p->next;
            
            ListNode *next = head->next;
            head->next = p->next;
            p->next = head;
            head = next;
        }
        return dummy->next;
    }
};

138.复制带随机指针的链表

给定一个链表，每个节点包含一个额外增加的随机指针，该指针可以指向链表中的任何节点或空节点。

要求返回这个链表的深拷贝。

示例：

***************

输入：
{“KaTeX parse error: Expected '}', got 'EOF' at end of input: …":"1","next":{"id”:“2”,“next”:null,“random”:{“KaTeX parse error: Expected 'EOF', got '}' at position 9: ref":"2"}̲,"val":2},"rand…ref”:“2”},“val”:1}

解释：
节点 1 的值是 1，它的下一个指针和随机指针都指向节点 2 。
节点 2 的值是 2，它的下一个指针指向 null，随机指针指向它自己。

提示：

你必须返回给定头的拷贝作为对克隆列表的引用。

/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:
    int val;
    Node* next;
    Node* random;

    Node() {}

    Node(int _val, Node* _next, Node* _random) {
        val = _val;
        next = _next;
        random = _random;
    }
};
*/
class Solution {
public:
    Node* copyRandomList(Node* head) {
        if(!head) return head;
        Node *p = head, *tempP;
        while(p)
        {
            tempP = new Node(p->val, p->next, p->random);
            tempP->next = p->next;
            p->next = tempP;
            p = p->next->next;
        }
        //复制random
        p = head;
        while(p)
        {
            if(p->random)
            {
                p->next->random = p->random->next;
            }
            else
                p->next->random = NULL;
            p = p->next->next;
        }
        p =head;
        Node* copyHead = p->next;
        while(p)
        {
            tempP = p->next;
            p->next = p->next->next;
            if(tempP->next)
                tempP->next = tempP->next->next;
            p = p->next;
        }
        return copyHead;  
    }
};

142.环形链表2

给定一个链表，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 null。

为了表示给定链表中的环，我们使用整数 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。

说明：不允许修改给定的链表。

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：tail connects to node index 1
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。
****************

示例 2：

输入：head = [1,2], pos = 0
输出：tail connects to node index 0
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。
********************

示例 3：

输入：head = [1], pos = -1
输出：no cycle
解释：链表中没有环。

*******************

进阶：
你是否可以不用额外空间解决此题？

/**
 * 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) {
        if(!head) return head;
        ListNode *a = head, *b = head;
        while(a && b)
        {
            a = a->next;
            b = b->next;
            if(a)
                a = a->next;
            else return 0;
            if(a == b)
            {
                b = head;
                while(a != b)
                {
                    a = a->next;
                    b = b->next;
                }
                return b;
            }
        }
        return 0;
    }
};

148.排序链表

在 O(n log n) 时间复杂度和常数级空间复杂度下，对链表进行排序。

示例 1:

输入: 4->2->1->3
输出: 1->2->3->4
示例 2:

输入: -1->5->3->4->0
输出: -1->0->3->4->5

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* sortList(ListNode* head) {
        return head == NULL ? NULL : mergeSort(head);
    }
    
    ListNode *mergeSort(ListNode *node)
    {
        if(!node->next) return node;
        ListNode *fast = node, *slow = node;
        ListNode *breakN = node;
        while(fast && fast->next)
        {
            fast = fast->next->next;
            breakN = slow;
            slow = slow->next;
        }
        breakN->next = NULL;
        ListNode *l = mergeSort(node);
        ListNode *r = mergeSort(slow);
        return mergeTwoLists(l, r);
    }
    
    ListNode *mergeTwoLists(ListNode *l1, ListNode *l2)
    {
        ListNode *dummy = new ListNode(-1);
        ListNode *p = dummy;
        while(l1 && l2)
        {
            if(l1->val <= l2->val)
            {
                p->next = l1;
                l1 = l1->next;
            }
            else
            {
                p->next = l2;
                l2 = l2->next;
            }
            p = p->next;
        }
        p->next = (l1 == NULL ? l2 : l1);
        return dummy->next;
    }
};

146.LRU缓存机制

运用你所掌握的数据结构，设计和实现一个 LRU (最近最少使用) 缓存机制。它应该支持以下操作： 获取数据 get 和 写入数据 put 。

获取数据 get(key) - 如果密钥 (key) 存在于缓存中，则获取密钥的值（总是正数），否则返回 -1。
写入数据 put(key, value) - 如果密钥不存在，则写入其数据值。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最近最少使用的数据值，从而为新的数据值留出空间。

进阶:

你是否可以在 O(1) 时间复杂度内完成这两种操作？

示例:

LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 缓存容量 */ );

cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1); // 返回 1
cache.put(3, 3); // 该操作会使得密钥 2 作废
cache.get(2); // 返回 -1 (未找到)
cache.put(4, 4); // 该操作会使得密钥 1 作废
cache.get(1); // 返回 -1 (未找到)
cache.get(3); // 返回 3
cache.get(4); // 返回 4

/////////////////////////////////////////

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