算法训练第三天| 链表 Leetcode 203,707,206

代码随想录算法训练第三天

今日任务

  • 链表理论基础
  • 203.移除链表元素
  • 707.设计链表
  • 206.反转链表

链表理论基础

单向链表
双向链表
循环链表-链表首尾相连。循环链表可以用来解决约瑟夫环问题

链表节点

private class Node{
        int val;
        Node next;
        public Node(int v){
            this.val = v;
            this.next = null;
        }
        public Node(int val, Node next){
            this.val = val;
            this.next = next;
        }
    }

链表操作
链表的插入与删除只需改变节点的next指针,复杂度均为O(1)。 链表的查询则需要通过next指针逐一遍历,复杂度为O(n)

与数组操作对比

/ 插入/删除 查询 适应场景
链表 O(1) O(n) 数量不固定,增删频繁,查询较少
数组 O(n) O(1) 数量固定,查询频繁,增删较少

203. 移除链表元素

方法一: 递归
对于给定的链表,首先对除了头节点 head以外的节点进行删除操作,然后判断 head 的节点值是否等于给定的val。如果 head 的节点值等于 val,则
head 需要被删除,因此删除操作后的头节点为 head.next;如果
head 的节点值不等于 val,则 head 保留,因此删除操作后的头节点还是
head。上述过程是一个递归的过程。

递归的终止条件是
head 为空,此时直接返回 head。当 head 不为空时,递归地进行删除操作,然后判断 head 的节点值是否等于 val 并决定是否要删除 head。

class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        //recursive
        if(head == null) return head;

        head.next = removeElements(head.next, val);
        return head.val == val? head.next : head;
    }
}

复杂度分析
time: O(n) 遍历链表一次
space: O(n) 用到递归栈,最多不超过n

方法二: 迭代
移除头结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,而头结点没有前一个节点。
可以设置一个虚拟头结点 dummyNode,这样原链表的所有节点就都可以按照统一的方式进行移除了。最后返回的时候记得返回 dummyNode.next 才是原来的头结点

class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        ListNode dummyNode = new ListNode(0);
        ListNode curr = dummyNode;
        dummyNode.next = head;

        while(curr.next != null){
            if(curr.next.val == val){
                curr.next = curr.next.next;
            }else{
                curr = curr.next;
            }
        }
        return dummyNode.next;
    }
}

或者设置一个prev 变量

class Solution {
    public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
        ListNode dummyHead = new ListNode();
        dummyHead.next = head;
        ListNode prev = dummyHead;
        ListNode curr = head;
        
        while(curr != null){
            if(curr.val == val){
                prev.next = curr.next;
            }else{
                prev = curr;
            }
            
            curr = curr.next;
        }
        return dummyHead.next;
    }
}

复杂度分析
time: O(n) 遍历链表一次
space: O(1)

707. 设计链表

Medium难度

  1. 单向链表实现
class MyLinkedList {
    private int size;     //链表元素的个数
    private ListNode head; //虚拟头指针
    
    private class ListNode{
        int val;
        ListNode next;
        ListNode(int v){
            this.val = v;
        }
        ListNode(int v, ListNode n){
            this.val = v;
            this.next = n;
        }
    }

    public MyLinkedList() {
         size = 0;
         head = new ListNode(0);
    }
    
    public int get(int index) {
        if(index < 0 || index >= size) return -1;
        ListNode cur = head;
        for(int i = 0; i <= index; i++){ ////包含一个虚拟头节点,所以查找第 index+1 个节点
           cur = cur.next; 
        }
        return cur.val;
    }
    
    public void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }
    
    public void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(size, val);
    }
    
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if(index > size) return;
        index = Math.max(0, index); //if index < 0, insert left
        
        ListNode prev = head;
        ListNode toAdd = new ListNode(val);
        for(int i = 0; i < index; i++){
            prev = prev.next;
        }
        toAdd.next = prev.next;
        prev.next = toAdd;
        size++;
    }
    
    public void deleteAtIndex(int index) {
        if(index < 0 || index >= size) return;
        ListNode prev = head;
        for(int i = 0; i < index ; i++){
            prev = prev.next;
        }
        prev.next = prev.next.next;
        size--;
    }
}

/**
 * Your MyLinkedList object will be instantiated and called as such:
 * MyLinkedList obj = new MyLinkedList();
 * int param_1 = obj.get(index);
 * obj.addAtHead(val);
 * obj.addAtTail(val);
 * obj.addAtIndex(index,val);
 * obj.deleteAtIndex(index);
 */

复杂度分析
初始化O(1); get(index) 为 O(index);addAtHead 为 O(1); addAtTail 为O(index); deleteAtIndex 为O(n)

  1. 双向链表实现
class MyLinkedList {
    private int size;
    ListNode head, tail;

    private class ListNode{
        int val;
        ListNode prev;
        ListNode next;
        ListNode(int val){
            this.val = val;
        }
    }
    public MyLinkedList() {
       size = 0;
       head = new ListNode(0);
       tail = new ListNode(0);
       head.next = tail;
       tail.prev = head;
    }

    /** Get the value of the index-th node in the linked list. If the index is invalid, return -1. */
    public int get(int index) {
        if(index < 0 || index >= size) return -1;
        ListNode cur;
        if(index <= size/2){
            cur = head;
            //index position closer to head, start from head
            for(int i = 0; i <= index; i++ ){
                cur = cur.next;
            }
        }else{
            //index position closer to tail, start from tail
            cur = tail;
            for(int i = 0; i < size - index; i++){
                cur = cur.prev;
            }
        }
        return cur.val;

    }

    public void addAtHead(int val) {
         addAtIndex(0, val);
    }

    public void addAtTail(int val) {
         addAtIndex(size, val);
    }

    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > size) return;
        index = Math.max(0, index);
        ListNode pred, succ;
        if(index <= size/2){
            pred = head;
            //index position closer to head, start from head
            for(int i = 0; i < index; i++ ){
                pred = pred.next;
            }
            succ = pred.next;
        }else{
            //index position closer to tail, start from tail
            succ = tail;
            for(int i = 0; i < size - index; i++){
                succ = succ.prev;
            }
            pred = succ.prev;
        }
        ListNode nodeToAdd = new ListNode(val);
        nodeToAdd.prev = pred;
        nodeToAdd.next = succ;
        pred.next = nodeToAdd;
        succ.prev = nodeToAdd;

        size++;
    }

    public void deleteAtIndex(int index) {
        if(index < 0 || index >= size) return;
        ListNode pred, succ;
        if(index <= size/2){
            pred = head;
            //index position closer to head, start from head
            for(int i = 0; i < index; i++ ){
                pred = pred.next;
            }
            succ = pred.next.next;
        }else{
            //index position closer to tail, start from tail
            succ = tail;
            for(int i = 0; i < size - index - 1; i++){ //注意边界
                succ = succ.prev;
            }
            pred = succ.prev.prev;
        }
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
        size--;
    }
}

/**
 * Your MyLinkedList object will be instantiated and called as such:
 * MyLinkedList obj = new MyLinkedList();
 * int param_1 = obj.get(index);
 * obj.addAtHead(val);
 * obj.addAtTail(val);
 * obj.addAtIndex(index,val);
 * obj.deleteAtIndex(index);
 */

208. 反转链表

链表操作建议画图辅助更直观

class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode prev = null;
        ListNode curr = head;
        ListNode tempNext = null;
        while(curr != null){
            //reverse
            tempNext = curr.next;
            curr.next = prev;
            //point to next position
            prev = curr;
            curr = tempNext;
        }
        //now curr point to null, return prev
        return prev;
    }
}

时间复杂度 O(n)
空间复杂度 O(1)

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