算法打卡day3|链表篇|Leetcode 203.移除链表元素、 707.设计链表 、 206.反转链表

链表基本概念

定义

链表是一种通过指针串联在一起的线性结构，每一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），最后一个节点的指针域指向null（空指针的意思）。其中链表的入口节点称为链表的头节点也就是head。

以下是java构造的链表结构，注意在力扣中，链表底层代码构造好的可以直接引用。

public class ListNode {// 节点的值int val;// 下一个节点ListNode next;// 节点的构造函数(无参)public ListNode() {}// 节点的构造函数(有一个参数)public ListNode(int val) {this.val = val;}// 节点的构造函数(有两个参数)public ListNode(int val, ListNode next) {this.val = val;this.next = next;}
}

链表的类型

接下来说一下链表的几种类型:

单链表

单链表中的指针域只能指向节点的下一个节点。

双链表

双链表：每一个节点有两个指针域，一个指向下一个节点，一个指向上一个节点。所以既可以向前查询也可以向后查询。

循环链表

循环链表，链表首尾相连。可以用来解决约瑟夫环问题。

链表的存储方式

数组是在内存中是连续分布的，但是链表在内存中可不是连续分布的。

链表是通过指针域的指针链接在内存中各个节点。（相当于若干个抽屉，抽屉里放着开启下一个抽屉的钥匙，这些抽屉可以随机摆放）

链表中的节点在内存中不是连续分布的 ，而是散乱分布在内存中的某地址上，分配机制取决于操作系统的内存管理。

链表的操作

删除节点

若要删除D节点，只要将C节点的next指针 指向E节点就可以了。D虽然还存在但Java自身有内存回收机制，就不用手动释放。

添加节点

将C的指针指向F，F的指针指向D即完成添加

性能对比分析

链表的特性和数组的特性进行一个对比，如图所示：

数组在定义的时候，长度就是固定的，如果想改动数组的长度，就需要重新定义一个新的数组。

链表的长度可以是不固定的，并且可以动态增删， 适合数据量不固定，频繁增删，较少查询的场景。

算法题

Leetcode  203.移除链表元素

题目链接:203.移除链表元素

大佬视频讲解：移除链表元素讲解视频

个人思路

使用虚拟头节点，遍历链表，找到值就删除。

解法

原表删除

直接使用原来的链表来进行删除操作，但移除头节点和移除其他节点的操作是不一样的，因为链表的其他节点都是通过前一个节点来移除当前节点，而头节点没有前一个节点。

所以删除头节点，只要将头节点向后移动一位就可以移除头节点。

class Solution {public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {while (head != null && head.val == val) {//若头节点值相同则删除head = head.next;}if (head == null) {return head;}ListNode pre = head;// 已确定当前head.val != valListNode cur = head.next;while (cur != null) {if (cur.val == val) {pre.next = cur.next;//删除元素} else {pre = cur;}cur = cur.next;}return head;
}
}

时间复杂度:O( n)；（两个while循环，2*n）

空间复杂度:O(1);（没有使用多余空间）

伪头节点删除

设置一个虚拟头节点在进行删除操作，这样不用单独考虑头节点是否需要删除的情况；这是以后处理链表的主流方法.

class Solution {public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {if (head == null) {return head;}//定义相当于 ListNode dummy=new ListNode(0); dummy.next=head;ListNode dummy = new ListNode(-1, head);//伪头节点ListNode pre = dummy;//上一个节点ListNode cur = head;//当前节点while (cur != null) {if (cur.val == val) {pre.next = cur.next;//删除节点} else {pre = cur;//向后遍历}cur = cur.next;//向后遍历}return dummy.next;//返回头节点}
}

时间复杂度:O(n)；（一个while循环遍历链表为n）

空间复杂度:O(1);（使用多一个伪头节点）

Leetcode 707.设计链表  

题目链接:707.设计链表

大佬视频讲解：设计链表讲解视频

个人思路

直接上代码，手撕链表必须理解记忆的东西。

解法

理解记忆代码；单双链表

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-1if (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{//初始化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0if(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;}
}

Leetcode   206.反转链表 

题目链接:206.反转链表

大佬视频讲解：反转链表讲解视频

个人思路

使用双指针发，用一个临时变量指针做跳板，更换节点的next指向

​

解法

双指针

一共用三个节点，cur，pre，temp。首先要把 cur->next 节点用tmp指针保存一下，接下来要改变 cur->next 的指向了，将cur->next 指向pre ，此时已经反转了第一个节点了。然后循环走如下代码逻辑了，继续移动pre和cur指针。到最后，cur 指针已经指向了null，循环结束，链表也反转完毕，返回新的头节点pre即可。

这种利用temp暂存指针的 替换两个节点的方法会在链表经常用到，写出这个替换方法代码就相当于接火车一样，写出第一个temp=cur.next，那下一个就是cur.next开头去写，后续一样。

class Solution {public ListNode reverseList(ListNode head) {ListNode pre = null;ListNode cur = head;ListNode temp = null;while (cur != null) {temp = cur.next;// 保存下一个节点cur.next = pre;pre = cur;cur = temp;}return pre;}
}

时间复杂度:O(n)；（模拟遍历二维矩阵的时间）

空间复杂度:O(1);（使用一个temp节点）

递归法

递归和上面的双指针差不多，就是需要多一个

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);}
}

时间复杂度:O(n)；（要递归处理链表的每个节点）

空间复杂度:O(n);（递归调用了 n 层栈空间）

以上是个人的思考反思与总结，若只想根据系列题刷，参考卡哥的网址代码随想录算法官网