链表专题(三)
两数相加
问题
[力扣2] 2. 两数相加 - 力扣（LeetCode）
问题描述
给你两个 非空 的链表，表示两个非负的整数。它们每位数字都是按照 逆序 的方式存储的，并且每个节点只能存储 一位 数字。请你将两个数相加，并以相同形式返回一个表示和的链表。你可以假设除了数字 0 之外，这两个数都不会以 0 开头。
示例 1：
java">输入：l1 = [2,4,3], l2 = [5,6,4]
输出：[7,0,8]
解释：342 + 465 = 807.
示例 2：
java">输入：l1 = [0], l2 = [0]
输出：[0]
示例 3：
java">输入：l1 = [9,9,9,9,9,9,9], l2 = [9,9,9,9]
输出：[8,9,9,9,0,0,0,1]
解决方案
定义两个链表的临时索引： curr1,curr2。
定义第三个链表的虚拟头结点: dummy,及其临时索引curr3。
从第一个、二个节点中拆一个节点计算值并存入第三个链表
tips： 需要记录两数相加的进位up(0/1)
java">int t = 0;
if (curr1 == null) { //第一个链表运算结束t = curr2.val + up;curr2 = curr2.next;
} else if (curr2 == null) { //第二个链表运算结束t = curr1.val + up;curr1 = curr1.next;
} else { //两个链表运算都没有结束t = curr1.val + curr2.val + up;curr1 = curr1.next;curr2 = curr2.next;
}
up = t / 10; //计算进位值(0,1)
curr3.next = new ListNode(t % 10); //计算新节点的值大于10则取余
curr3 = curr3.next;
如果计算完成后超出链表的长度（即计算的结果超出了链表的长度),需要额外的添加节点存储进位up(up=1)
if(up ==1){
curr3.next = new ListNode(up);
}
[参考实现]
java">/*** 遍历两个链表将两个链表相加添加到第三个链表节点上*/
public ListNode addTwoNumbers(ListNode head1, ListNode head2) {int up = 0;ListNode dummy = new ListNode(-1); //虚拟头结点记录第三个链表（head未知）ListNode curr1 = head1;ListNode curr2 = head2;ListNode curr3 = dummy;/*** 两个链表有空则计算另一个链表，直到最后一个链表完成计算*/while (curr1 != null || curr2 != null) { int t = 0;if (curr1 == null) { //第一个链表运算结束t = curr2.val + up;curr2 = curr2.next;} else if (curr2 == null) { //第二个链表运算结束t = curr1.val + up;curr1 = curr1.next;} else { //两个链表运算都没有结束t = curr1.val + curr2.val + up;curr1 = curr1.next;curr2 = curr2.next;}up = t / 10; //计算进位值(0,1)curr3.next = new ListNode(t % 10); //计算新节点的值大于10则取余curr3 = curr3.next;}//如果计算有进位值=1,则需要添加一个节点if (up == 1) {curr3.next = new ListNode(up);}return dummy.next;
}
两两交换链表中的节点
问题
[力扣24] 24. 两两交换链表中的节点 - 力扣（LeetCode）
问题描述
给你一个链表，两两交换其中相邻的节点，并返回交换后链表的头节点。你必须在不修改节点内部的值的情况下完成本题（即，只能进行节点交换）。
示例 1：
java">输入：head = [1,2,3,4]
输出：[2,1,4,3]
示例 2：
java">输入：head = []
输出：[]
示例 3：
java">输入：head = [1]
输出：[1]
解决方案
定义虚拟头结点dummy: dummy = new ListNode(-1,head);
定义临时节点tmp: tmp = dummy.next;
java">ListNode dummy = new ListNode(-1, head);
ListNode temp = dummy;while (temp.next != null && temp.next.next != null) {ListNode curr = temp.next; //当前节点ListNode next = temp.next.next; //当前节点的下一个节点//节点交换temp.next = next;curr.next = next.next;next.next = curr;temp = curr;
}
return dummy.next;
[参考实现]
java">public ListNode swapPairs(ListNode head) {ListNode dummy = new ListNode(-1, head);ListNode temp = dummy;while (temp.next != null && temp.next.next != null) {ListNode curr = temp.next; //当前节点ListNode next = temp.next.next; //当前节点的下一个节点//节点交换temp.next = next;curr.next = next.next;next.next = curr;temp = curr;}return dummy.next;
}
对链表进行插入排序
问题
[力扣147] 147. 对链表进行插入排序 - 力扣（LeetCode）
问题描述
给定单个链表的头
head，使用 插入排序 对链表进行排序，并返回 排序后链表的头 。插入排序 算法的步骤:
- 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。
下面是插入排序算法的一个图形示例。部分排序的列表(黑色)最初只包含列表中的第一个元素。每次迭代时，从输入数据中删除一个元素(红色)，并就地插入已排序的列表中。
对链表进行插入排序。
示例 1：
输入: head = [4,2,1,3]
输出: [1,2,3,4]
示例 2：
输入: head = [-1,5,3,4,0]
输出: [-1,0,3,4,5]
解决方案
[初始化]
- 虚拟头结点dummy = new ListNode(-1,head);
- 记录排序后的后一个节点 sortedLast = dummy.next(先指向head位置): sortedLast记录插入点
- 待操作的节点curr = dummy.next.next。
如果sortedLast.val < curr.val, 准备进入循环移动小的节点
如果sortedLast.val > curr
从dummy开始查找比curr小的前一个节点位置
找到比curr小的位置，如图目前pre = dummy, 因为节点4的值大于节点2的值。
java">sortedLast.next = curr.next; // curr小于sortedLast,那么curr即为sortedLast的新记录
curr.next = pre.next;
pre.next = curr;
移动curr索引
java"> curr = sortedLast.next;
[参考代码]
java">public ListNode insertionSortList(ListNode head) {if(head == null) return null;ListNode dummy = new ListNode(-1, head);ListNode sortedLast = dummy.next; // 排好序后的最后一个节点，类似于插入排序已排好序的最后一个位置值ListNode curr = dummy.next.next; // 待插入的节点while (curr != null) {// 当前待插入节点大于于排序序节点的最后一个节点，最后一个节点后移（tip: 已经不是最后一个了）if (sortedLast.val <= curr.val) {sortedLast = sortedLast.next;} else {// curr节点值小于排序好序的最后一个节点，需要向前查找合适位置(curr.val大于的位置)ListNode pre = dummy;while (pre.next.val <= curr.val) { // 移动pre找到比curr.val大的位置前一个位置pre = pre.next;}sortedLast.next = curr.next; // curr小于sortedLast,那么curr即为sortedLast的新记录curr.next = pre.next;pre.next = curr;}curr = sortedLast.next;}return dummy.next;
}
删除链表的倒数第N个节点
问题
[力扣19] 19. 删除链表的倒数第 N 个结点 - 力扣（LeetCode）
问题描述
给你一个链表，删除链表的倒数第 n 个结点，并且返回链表的头结点。
示例 1：
输入：head = [1,2,3,4,5], n = 2
输出：[1,2,3,5]
示例 2：
输入：head = [1], n = 1
输出：[]
示例 3：
输入：head = [1,2], n = 1
输出：[1]
解决方案
虚拟头结点及快慢指针法
【初始化】
- 虚拟头结点 : dummy = new ListNode(-1,head);
- 快慢索引(指针): ListNode fast = dummy; ListNode slow= dummy;
让快指针(fast)先走n步。
java">for (int i = n; i > 0; i--)
fast = fast.next;
两个指针（fast)和slow同时走到链表结尾。
如图所示，slow的末尾即与末尾的n个位置
java">while (fast!=null &&fast.next != null) {fast = fast.next;slow = slow.next;
}
slow.next = slow.next.next;
return pre.next;
[参考代码]
java">public ListNode removeNthFromEnd(ListNode node, int n) {
ListNode pre = new ListNode(-1, node); // 定义要删除节点的前一个节点
// 定义快慢指针让其距离差n，让fast先走n个节点，fast与slow之间就差n
ListNode fast = pre;
ListNode slow = pre;
// slow ----------n------------- fast
for (int i = n; i > 0; i--)fast = fast.next;// 两个节点同时移动，走到末尾，那么节点slow即为从末尾到n的节点
while (fast!=null &&fast.next != null) {fast = fast.next;slow = slow.next;
}slow.next = slow.next.next;
return pre.next;
}
合并两个有序链表
题目
[力扣21] 21. 合并两个有序链表 - 力扣（LeetCode）
题目描述
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。
示例 1：
java">输入：l1 = [1,2,4], l2 = [1,3,4] 输出：[1,1,2,3,4,4]示例 2：
java">输入：l1 = [], l2 = [] 输出：[]示例 3：
java">输入：l1 = [], l2 = [0] 输出：[0]
解决方案
拆除重组法
参考实现
java">public ListNode mergeTwoLists(ListNode head1, ListNode head2) {ListNode dummy = new ListNode(-1);ListNode curr1 = head1;ListNode curr2 = head2;ListNode curr = dummy;while (curr1 != null || curr2 != null) {if (curr1 == null) {curr.next = curr2;curr2 = curr2.next;} else if (curr2 == null) {curr.next = curr1;curr1 = curr1.next;} else if (curr1.val < curr2.val) {curr.next = curr1;curr1 = curr1.next;} else {curr.next = curr2;curr2 = curr2.next;}curr = curr.next;}return dummy.next;}
java">public ListNode mergeTwoLists(ListNode head1, ListNode head2) {if (head1 == null) return head2;if (head2 == null) return head1;ListNode newNode = head1.val < head2.val ? head1 : head2;newNode.next = mergeTwoLists(newNode.next, head1.val >= head2.val ? head1 : head2);return newNode;}
合并K个升序链表
题目
[力扣23] 23. 合并 K 个升序链表 - 力扣（LeetCode）
题目描述
示例 1：
java">输入：lists = [[1,4,5],[1,3,4],[2,6]] 输出：[1,1,2,3,4,4,5,6] 解释：链表数组如下： [1->4->5,1->3->4,2->6 ] 将它们合并到一个有序链表中得到。 1->1->2->3->4->4->5->6示例 2：
java">输入：lists = [] 输出：[]示例 3：
java">输入：lists = [[]] 输出：[]
解决方案
将每个节点的头结点放入优先队列，重新组装链表。
[初始化]
- 优先链表定义
- 虚拟头结点
java">PriorityQueue<ListNode> priorityQueue = new PriorityQueue<>(Comparator.comparingInt(o -> o.val));ListNode dummy = new ListNode(-1);
ListNode curr = dummy;
将链表头节点放入优先队列（优先小队列)
java">for (ListNode head : lists) {if(head !=null) priorityQueue.offer(head);
}
从优先队列中取出最小值，将头结点的下一个节点放入队列。
java">while (!priorityQueue.isEmpty()) {ListNode node = priorityQueue.poll();curr.next = node;if (node.next != null) {priorityQueue.offer(node.next);}curr = curr.next;
}
[参考解答]
java">public ListNode mergeKLists(ListNode[] lists) {if(lists == null) return null;PriorityQueue<ListNode> priorityQueue = new PriorityQueue<>(Comparator.comparingInt(o -> o.val));ListNode dummy = new ListNode(-1);
ListNode curr = dummy;for (ListNode head : lists) {if(head !=null) priorityQueue.offer(head);
}while (!priorityQueue.isEmpty()) {ListNode node = priorityQueue.poll();curr.next = node;if (node.next != null) {priorityQueue.offer(node.next);}curr = curr.next;
}
return dummy.next;
}
分割链表
题目
[力扣86] 86. 分隔链表 - 力扣（LeetCode）
题目描述
给你一个链表的头节点
head和一个特定值x，请你对链表进行分隔，使得所有 小于x的节点都出现在 大于或等于x的节点之前。你应当 保留 两个分区中每个节点的初始相对位置。示例 1：
java">输入：head = [1,4,3,2,5,2], x = 3 输出：[1,2,2,4,3,5]示例 2：
java">输入：head = [2,1], x = 2 输出：[1,2]
解决方案
java">ListNode<Integer> dummyLess = new ListNode<>(-1);
ListNode<Integer> dummyLarge = new ListNode<>(-2);ListNode<Integer> curr = head;
ListNode<Integer> currLess = dummyLess;
ListNode<Integer> currLarge = dummyLarge;while (curr != null) {if (curr.val < x) {currLess.next = curr;currLess = currLess.next;} else {currLarge.next = curr;currLarge = currLarge.next;}curr = curr.next;
}currLess.next = dummyLarge.next;
currLarge.next =null;
return dummyLess.next;
