【算法day4】链表:应用拓展与快慢指针

题目引用


  1. 两两交换链表节点
  2. 删除链表的倒数第n个节点
  3. 链表相交
  4. 环形链表

1.两两交换链表节点


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:
在这里插入图片描述
输入:head = [1,2,3,4]
输出:[2,1,4,3]
示例 2:
输入:head = []
输出:[]
示例 3:
输入:head = [1]
输出:[1]

我们先来看一下题目,这题跟昨天的翻转链表比较相似,都是控制节点指针对链表进行修改,这里呢我们先new一个虚拟头结点dummyhead来保证到最后可以找到头结点返回,然后定义一个指针curdummyhead位置,tmpcur->next位置来对其进行修改,tmp1用于标记后面节点避免剩余链表丢失。初始化定义
接着将curnext指向tmp的下一个节点
在这里插入图片描述
再将这个节点的next指向tmp节点
在这里插入图片描述
最后将tmp位置节点next指向tmp1,而cur顺势移动到tmp位置进行下一轮交换。
在这里插入图片描述
最后将dummyhead删除,本题就做完啦~
代码:

ListNode* swapPairs(ListNode* head) {ListNode* dummyhead=new ListNode(-1);dummyhead->next=head;ListNode* cur=dummyhead;while(cur->next!=nullptr&&cur->next->next!=nullptr){ListNode* tmp=cur->next;ListNode* tmp1=cur->next->next->next;cur->next=cur->next->next;cur->next->next=tmp;tmp->next=tmp1;cur=tmp;}ListNode* result=dummyhead->next;delete dummyhead;return result;}

2.删除链表的倒数第n个节点

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:
在这里插入图片描述
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]

首先我们分析一下题目,这道题目是可以通过遍历两遍的方式做出来的,先遍历一遍算出链表长度,再算出差值,删除节点。但是这里亦可以用快慢指针来做,并且只需要一次遍历。
首先new一个虚拟头结点dummyhead,再定义fastslow指针都指向dummyhead。再我们让fast先移动n+1个节点,再fastslow节点同时移动,直到fast为空。然后删除slow后面的节点返回链表。
为什么是n+1个节点,为什么同时移动呢?
首先回答为什么先让fast先走再同时移动,因为当fastslow同时移动时,fastslow保持了相对距离n+1,当fast移动到链表结束位置时,slow与其刚好相差n+1个节点,也就实现了一次遍历找到倒数第n个节点的期望。
那么为什么是n+1呢?因为当我们找到刚好是倒数第n个位置的节点时,我们对其进行移除操作是很困难的,所以找到倒数第n+1个刚刚好可以将第n个轻易的删除掉。
在这里插入图片描述
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附上代码:

ListNode* removeNthFromEnd(ListNode* head, int n) {if(head->next==nullptr) return nullptr;ListNode* dummyhead=new ListNode(0);dummyhead->next=head;ListNode* fast=dummyhead;ListNode* slow=dummyhead;while(n>=0){fast=fast->next;n--;}while(fast!=nullptr){fast=fast->next;slow=slow->next;}ListNode* tmp=slow->next;slow->next=slow->next->next;delete tmp;return dummyhead->next;}

3.链表相交

给你两个单链表的头节点 headA 和 headB ,请你找出并返回两个单链表相交的起始节点。如果两个链表没有交点,返回 null 。
图示两个链表在节点 c1 开始相交:
题目数据 保证 整个链式结构中不存在环。
注意,函数返回结果后,链表必须 保持其原始结构 。
示例 1:
在这里插入图片描述

输入:intersectVal = 8, listA = [4,1,8,4,5], listB = [5,0,1,8,4,5], skipA = 2, skipB = 3
输出:Intersected at ‘8’
解释:相交节点的值为 8 (注意,如果两个链表相交则不能为 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。

这道题很简单,我们先通过两次遍历得到两个链表的长度,然后算出长度差,让长的链表的指针先走长度差gap步,接着两个指针同时移动一一比对,相等即返回。

ListNode *getIntersectionNode(ListNode *headA, ListNode *headB) {int lenA=0,lenB=0;ListNode* curA=headA;ListNode* curB=headB;while(curA){curA=curA->next;lenA++;}while(curB){curB=curB->next;lenB++;}curA=headA;curB=headB;if (lenB > lenA) {swap (lenA, lenB);swap (curA, curB);}// 求长度差int gap = lenA - lenB;// 让curA和curB在同一起点上(末尾位置对齐)while (gap--) {curA = curA->next;}while(curA){if(curA==curB){return curA;}curA=curA->next;curB=curB->next;}return NULL;}

4.环形链表II

给定一个链表的头节点 head ,返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环,则返回 null
如果链表中有某个节点,可以通过连续跟踪 next 指针再次到达,则链表中存在环。 为了表示给定链表中的环,评测系统内部使用整数 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。注意:pos 不作为参数进行传递,仅仅是为了标识链表的实际情况。
不允许修改 链表。
示例 1:
在这里插入图片描述
输入:head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出:返回索引为 1 的链表节点
解释:链表中有一个环,其尾部连接到第二个节点。

首先,我们需要判断一下是否是环形链表,定义一个fast和一个slowfast每次走两步,slow每次走一步,如果有环,那么fastslow一定会在环内的某个位置碰上,因为fastslow有速度差。
那么怎么找到环形链表的开头呢?
这就牵扯到数学问题,设头到环的入口的长度为x,入口到fastslow相遇的位置的长度为y,环剩下的长度为z,那么不难得出

2*(x+y)=n*(y+z)+x+y
x+y=n*(y+z)
x=n*(y+z)-y
x=(n-1)(y+z)+z
那么就说明了从头结点出发一个指针,fast出发一个指针,他们相遇的位置就是环形链表的入口。

那么代码如下:

ListNode *detectCycle(ListNode *head) {ListNode* fast=head;ListNode* slow=head;while(fast&&fast->next){fast=fast->next->next;slow=slow->next;if(slow==fast){ListNode* i1=head;ListNode* i2=fast;while(i1!=i2){i1=i1->next;i2=i2->next;}return i1;}}return NULL;}

总结

今天的题目都比较考验画图和发现规律的能力,沉下心好好学习,慢慢寻找总能找到规律。

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