#数理基础(内容参考代码随想录)
单链表:
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)。
链表的入口节点称为链表的头结点也就是head。
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。
双链表 既可以向前查询也可以向后查询。
循环链表:
链表首尾相连。
#链表定义
// 定义一个链表节点类 ListNode
public class ListNode {
int val; // 节点中存储的值
ListNode next; // 指向下一个节点的指针
// 构造函数,用于创建一个新的节点
ListNode(int x) {
val = x; // 初始化节点的值
}
}
#链表操作
删除节点:
删除D节点,将C节点的next指针指向E节点。
添加节点:
添加F节点,将C节点的next指针指向F节点,再将F节点的next指针指向D节点,取消C节点的next指针指向D节点的步骤。
链表的增添和删除都是O(1)操作,也不会影响到其他节点。
而其查询操作需要从头节点查找到第n个节点,查找的时间复杂度是O(n)。
#算法题目
Leetcode.203.移除链表元素
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 。
示例 1: 输入:head = [1,2,6,3,4,5,6], val = 6 输出:[1,2,3,4,5]
示例 2: 输入:head = [], val = 1 输出:[]
示例 3: 输入:head = [7,7,7,7], val = 7 输出:[]
添加虚拟节点,保持对节点统一的处理方式
/**
* 添加虚节点方式
* 时间复杂度 O(n)
* 空间复杂度 O(1)
* @param head
* @param val
* @return
*/
public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
if (head == null) {
return head;
}
// 因为删除可能涉及到头节点,所以设置dummy节点,统一操作
ListNode dummy = new ListNode(-1, head);
ListNode pre = dummy;
ListNode cur = head;
while (cur != null) {
if (cur.val == val) {
pre.next = cur.next;
} else {
pre = cur;
}
cur = cur.next;
}
return dummy.next;
}
LeetCode.707.设计链表
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。
//单链表
class ListNode {
int val;
ListNode next;
ListNode(){}
ListNode(int val) {
this.val=val;
}
}
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-1
if (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;
}
}
LeetCode.206.反转链表
题意: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
思路:
改变链表的next指针的指向,直接将链表反转 ,而不用重新定义一个新的链表,如图所示:
之前链表的头节点是元素1, 反转之后头结点就是元素5 ,这里并没有添加或者删除节点,仅仅是改变next指针的方向。
首先定义一个cur指针,指向头结点,再定义一个pre指针,初始化为null。
然后就要开始反转了,首先要把 cur->next 节点用tmp指针保存一下,也就是保存一下这个节点。
为什么要保存一下这个节点呢,因为接下来要改变 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。
接下来,就是循环走如下代码逻辑了,继续移动pre和cur指针。
最后,cur 指针已经指向了null,循环结束,链表也反转完毕了。 此时我们return pre指针就可以了,pre指针就指向了新的头结点。
双指针法:
// 双指针
class Solution {
public ListNode reverseList(ListNode head) {
ListNode prev = null;
ListNode cur = head;
ListNode temp = null;
while (cur != null) {
temp = cur.next;// 保存下一个节点
cur.next = prev;
prev = cur;
cur = temp;
}
return prev;
}
}
- 时间复杂度: O(n)
- 空间复杂度: O(1)
递归法:
// 递归
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