2022-08-27 00:36 滴滴_C++/Go

发布于广东

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【数据结构与算法】8道链表面试真题超详剖析，带你领略算法思想

💛 前情提要💛

本章节是数据结构的链表的相关基础题目讲解~

以下的内容一定会让你对链表相关知识的题目,有一个颠覆性的认识哦！！！

❗以下内容以C语言的方式实现❗

以下内容干货满满，跟上步伐吧~

# 👉前情提要

大家可以跟着本文的题目讲解进行链表相关知识的复习&加深
- 若大家对链表还不太熟悉or需要回顾一下基本知识，可点击单链表、带头+双向+循环链表至相关文章进行回顾
也欢迎大家上手测试一波🥰

📒面试真题【全面深度解析】

🏷️ 移除链表元素【难度：简单】

:mag:题目传送门：

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：[]

💡解题关键：

我们只需要遍历链表，一一比较结点的val是否为要删除的
- 1️⃣若为要删除的结点：先释放掉此结点，再将此结点的上一结点链接到此结点的下一结点
- 2️⃣否则，继续遍历比较

❗特别注意：

因为单链表只有后驱指针，无法像带头+双向+循环链表轻易地直接访问某个结点的上一结点
所以遍历的时候需要同时安排前（prev）后（cur）指针，去记录上个结点和当前结点的位置

🔥特殊情况：

1️⃣如果第一个结点就是要删除的结点val：这种情况下我们需要连头指针head 一起改变挪动
2️⃣如果整个链表全是要删除的结点val，则也同样连头指针head一起挪动

✊动图示例：

👉实现：

struct ListNode* removeElements(struct ListNode*head, int val)
{
    struct ListNode* cur = head;
    struct ListNode* prev = NULL;

    //边走边删除 
    //直至cur走到NULL就停止
    while (cur) 
    {
        //要删除结点时：
        if (cur->val == val)
        {

            struct ListNode* next = cur->next;

            //说明要删的是 第一个结点
            if (prev == NULL) 
            {
                free(cur);
                head = next;
                cur = next;
            }
            else
            {
                free(cur);
                prev->next = next;
                cur = next;
            }
        }
        //不需要删除结点时：
        else
        {
            prev = cur;
            cur = cur->next;
        }
    }
    return head;  
}

➡️补充：

这里设计得也很巧妙，用cur来当循环的结束标志，当链表整体为NULL的时候，cur也就为NULL，直接不进入循环，执行return head语句，程序结束

🏷️ 反转链表【难度：简单】

:mag:题目传送门：

Leetcode：206. 反转链表

给你单链表的头节点head ，请你反转链表，并返回反转后的链表

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5]
输出：[5,4,3,2,1]

示例 2：

输入：head = [1,2]
输出：[2,1]

示例 3：

输入：head = []
输出：[]

💡解题关键：

本质：将箭头反转

➡️思路一： 三指针循环反转【n1、n2、n3】

1️⃣n1指针负责不断往后遍历链表，与n2指针一起进行反转箭头【箭头指向n1】
2️⃣n3指针负责迭代【作导向的作用】

✊动图示例：

❗特别注意：

n3指针在往后作为导向迭代最后一步的时候，需要判断n3此时是否为NULL,否则将会造成n3 = n3->next对空指针访问next的错误
此方法为在原链表基础上反转

🔥特殊情况：

如果链表为NULL或者只有一个元素的时候，就不需要反转了

👉实现：

struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head)
{
    if (head == NULL || head->next == NULL)
    {
        return head;
    }

    struct ListNode* n1 = NULL;
    struct ListNode* n2 = head;
    struct ListNode* n3 = head->next;

    while (n2)
    {
        翻转
        n2->next = n1;

        迭代 -- 循环一致往后走
        n1 = n2;
        n2 = n3;

        //最后一步的时候：n3有可能为NULL
        //所以需要提前判断
        if (n3)
        {
            n3 = n3->next;
        }

    }
    return n1;
}

➡️思路二： 头插反转（迭代版）

1️⃣即新建一个头newhead，让其指向NULL
2️⃣然后不断从原链表中取结点去头插（指向）newhead，即可达反转的效果

✊动图示例：

❗特别注意：

此方法为取结点下来头插，不在原链表上反转

👉实现：

struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head)
{

    struct ListNode* cur = head;
    struct ListNode* newhead = NULL;

    while (cur)
    {
        //即不断取结点下来，头插到NULL前面去
        struct ListNode* next = cur->next;

        cur->next = newhead;

        newhead = cur;

        cur = next;

    }
    return newhead;
}

❗补充：

这个思路也适用于一个结点和NULL链表的情况

🏷️ 链表的中间结点【难度：简单】

:mag:题目传送门：

Leetcode：876. 链表的中间结点

给定一个头结点为head的非空单链表，返回链表的中间结点

如果有两个中间结点，则返回第二个中间结点

示例 1：

输入：[1,2,3,4,5]
输出：此列表中的结点 3 (序列化形式：[3,4,5])

示例 2：

输入：[1,2,3,4,5,6]
输出：此列表中的结点 4 (序列化形式：[4,5,6])
由于该列表有两个中间结点，值分别为 3 和 4，我们返回第二个结点

💡解题关键：

利用快慢指针遍历链表，停下来的时候，慢指针所指向的结点就是中间结点

🔥快慢指针的思想：

本质：为了解决“先让一个指针遍历一次链表得出链表的长度，继而再遍历一次去中间位置”的连词循环问题，提出了快慢指针的一次循环即可解决问题的办法

快慢指针前进的方向相同，且它们步伐的差是恒定的【即快指针的速度是慢指针的两倍】
所以当快指针走到最后一个结点的时候，慢指针刚好到中间结点
- 1️⃣快指针：一次走两步
- 2️⃣慢指针：一次走一步

✊动图示例：

👉实现：

struct ListNode* middleNode(struct ListNode* head)
{
    struct ListNode* fast = head;
    struct ListNode* slow = head;

    while (fast != NULL && fast->next != NULL)
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
    }

    return slow;
}

🏷️ 链表中倒数第k个结点【难度：简单】

:mag:题目传送门：

剑指 Offer 22. 链表中倒数第K个结点

输入一个链表，输出该链表中倒数第k个节点。为了符合大多数人的习惯，本题从1开始计数，即链表的尾节点是倒数第1个节点。

例如，一个链表有 6 个节点，从头节点开始，它们的值依次是1、2、3、4、5、6。这个链表的倒数第 3个节点是值为 4 的节点。

示例 1：

给定一个链表: 1->2->3->4->5, 和 k = 2.

返回链表 4->5.

💡解题关键：

同样利用与上题思想相同的快慢指针

➡️思路： 快慢指针

返回倒数第K个结点，即返回正数第总长度-K个结点

❓那我们在不知道总长度的情况如何下，如何走总长度-K步呢

1️⃣那我们便可以先让fast指针走K步，那此时fast指针离最后一个结点的距离就是总长度-K
2️⃣我们再让slow指针在第一个结点位置出发，fast走一步，slow走一步，同时前进，都走了总长度-K步
3️⃣这样，当fast走到空的时候，slow指针指向的就是正数第总长度-K个结点，即倒数第K个结点

❗综上：

相当于让fast指针作一个计数器，先走K步，作slow指针的导向，指引其走总长度-K步，找到倒数第K个结点

✊动图示例：

🔥特殊情况：

当fast走K步的时候，如果K步还没走完fast就为NULL，证明倒数第K个结点不在链表长度范围之内或者为NULL链表，直接结束程序

👉实现：

struct ListNode* getKthFromEnd(struct ListNode* head, int k)
{
    struct ListNode* fast = head;
    struct ListNode* slow = head;

    //fast先走k步
    while (k--)
    {
        //如果k还没走完，fast就为NULL了
        if (fast == NULL)
        {
            //说明K比链表长度都要长
            //也说明 链表可能为空
            return NULL;
        }

        fast = fast->next;
    }

    //再同时走
    //fast为NULL的时候结束
    while (fast)
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next;
    }
    return slow;
}

🏷️ 合并两个有序链表【难度：简单】

:mag:题目传送门：

Leetcode：21. 合并两个有序链表

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：

输入：l1 = [1,2,4], l2 = [1,3,4]
输出：[1,1,2,3,4,4]

示例 2：

输入：l1 = [], l2 = []
输出：[]

示例 3：

输入：l1 = [], l2 = [0]
输出：[0]

💡解题关键：

两个链表的结点一一比较，一开始取较小的结点作为新链表的头，然后取较小的结点尾插到新链表上

➡️思路： 三指针遍历

1️⃣先比较两个链表的第一个结点，取较小的作为新链表的头
2️⃣一一比较取较小的结点尾插到新链表上，然后往后走继续比较
3️⃣当某一链表已遍历完，而另外一链表没遍历完的时候，直接将其剩下的尾插到新链表上

❗特别注意：

链表的合并并不像数组合并一样，需要新开一个数组，而链表是可以直接相互链接，继而达到合并的效果

✊动图示例：

🔥特别情况：

需要判断L1与L2各自的链表是否为NULL，如果有一个链表为NULL，就无需合并，可以直接返回另外一个链表

👉实现：

struct ListNode* mergeTwoLists(struct ListNode* list1, struct ListNode* list2)
{
    struct ListNode* l1 = list1;
    struct ListNode* l2 = list2;

    if (l1 == NULL)
    {
        return l2;
    }

    if (l2 == NULL)
    {
        return l1;
    }

    struct ListNode* head = NULL;
    struct ListNode* tail = NULL;

    if (l1->val < l2->val) //但是，如果这里任意一个是 NULL的话，就崩了 ; 所以上面得加上 判断
    {
        //先直接判定谁的第一个元素 作为 新链表的头
        //先取一个小的 去作 头
        head = tail = l1;
        l1 = l1->next;
    }
    else
    {
        head = tail = l2;
        l2 = l2->next;
    }

    while (l1 && l2) //两个都没结束，就继续
    {
        //取小的尾插到新链表
        if (l1->val < l2->val)
        {
            tail->next = l1;
            l1 = l1->next;
            tail = tail->next;
        }
        else
        {
            tail->next = l2;
            l2 = l2->next;
            tail = tail->next;
        }
    }

    //结束了，如果有一方还部位NULL，则把其剩下的全链 到 新链表上
    if (l1)
    {
        tail->next = l1;
    }
    else
    {
        tail->next = l2;
    }

    return head;
}

🏷️ 分割链表【难度：简单】

:mag:题目传送门：

Leetcode：面试题 02.04 分割链表

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。

你不需要保留每个分区中各节点的初始相对位置

示例 1：

输入：head = [1,4,3,2,5,2], x = 3
输出：[1,2,2,4,3,5]

示例 2：

输入：head = [2,1], x = 2
输出：[1,2]

💡解题关键：

将结点一一比较特定值，将小于的拿出来放在一个新链表中，将大于等于的也同样操作，最后再链接在一起

➡️思路：

1️⃣把小于X的尾插到一个新链表中
2️⃣把大于X的尾插到另外一个新链表中
3️⃣最后将两个链表链接到一起

✊动图示例：

第一步：分出大于等于特定值的数，和小的数

第二步：将两个链表链接在一起

❗特别注意：

最后一定要将greaterTail->next置为NULL,否则有可能就会造成闭环的情况
因为在原本的链表里，greaterTail最后所指的结点不一定为最后一个结点
若不是最后一个结点，则greaterTail->next就指向原链表中的下一个结点（不为NULL），则在链接后的新链表中就指向了前面的某个结点，形成闭环，无法结束

👉实现：

struct ListNode* partition(struct ListNode* head, int x)
{
    struct ListNode* lessHead = NULL;
    struct ListNode* lessTail = NULL;
    struct ListNode* greaterHead = NULL;
    struct ListNode* greaterTail = NULL;

    lessHead = lessTail = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));
    greaterHead = greaterTail = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));

    lessTail->next = NULL;
    greaterTail->next = NULL;

    struct ListNode* cur = head;
    while (cur)
    {
        if (cur->val < x)
        {
            lessTail->next = cur;
            lessTail = lessTail->next;
            cur = cur->next;
        }
        else
        {
            greaterTail->next = cur;
            greaterTail = greaterTail->next;
            cur = cur->next;
        }
    }

    //链接两个链表
    lessTail->next = greaterHead->next;
    //置空，否则会造成成环的情况
    greaterTail->next = NULL;

    head = lessHead->next;
    free(greaterHead);
    free(lessHead);

    return head;
}

🏷️ 回文链表【难度：简单】

:mag:题目传送门：

Leetcode：234. 回文链表

给你一个单链表的头节点 head ，请你判断该链表是否为回文链表

如果是，返回 true
否则，返回 false

示例 1：

输入：head = [1,2,2,1]
输出：true

示例 2：

输入：head = [1,2]
输出：false

➡️思路一： 放置数组比较

1️⃣开一个数组，并将链表的所以结点的val放进数组里
2️⃣而后一头一尾两个指针相互比较，靠近，看是否每个值都相同

❗特别注意：

这种方法的空间复杂度为O(N)，不符合O(1)，还需要优化

➡️思路二： 逆置比较

1️⃣先找到链表中的中间结点【利用快慢指针】
2️⃣从中间结点开始的后半部分链表逆置（反转）【利用反转链表】
3️⃣此时虽然没有正真地断开链表，但我们可以将中间结点后半部分逆置的链表看作新的链表，继而比较此链表与前半部分的链表是否相同

❗特别注意：

前半部分的链表与后半部分的链表，当有一个链表遍历完后，就结束了

✊动图示例：

🔥此处我们便可以复用上面题目的代码

👉实现：

struct ListNode* middleNode(struct ListNode* head)
{
    struct ListNode* fast = head;
    struct ListNode* slow = head;

    while (fast != NULL && fast->next != NULL)
    {
        slow = slow->next;
        fast = fast->next->next;
    }

    return slow;
}

struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head)
{

    struct ListNode* cur = head;
    struct ListNode* newhead = NULL;

    while (cur)
    {
        //即不断取结点下来，头插到NULL前面去
        struct ListNode* next = cur->next;

        cur->next = newhead;

        newhead = cur;

        cur = next;

    }
    return newhead;
}

bool isPalindrome(struct ListNode* head)
{
    //1.找中间节点
    struct ListNode* mid = middleNode(head);

    //2.逆置中间往后的部分链表
    struct ListNode* rHead = reverseList(mid);

    while (head && rHead)
    {
        if (head->val == rHead->val)
        {
            head = head->next;
            rHead = rHead->next;
        }
        else
        {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

🏷️ 相交链表【难度：简单】

:mag:题目传送门：

Leetcode：160. 相交链表

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

如果两个链表不存在相交节点，返回 null

示例：

💡解题关键：

链表的相交是不会只相交于一个结点的（交点为同一个地址的结点），而是会从交点处往后的链表都重合

本题目的关键：两个链表是否相交，若相交，求交点

➡️思路一：

两层循环遍历链表a与链表b,判断a中是否有一个结点的地址等于b链表中的某个结点地址
只要有一个，就是相交

❗特别注意：

此方法的时间复杂度为：O(N*M)
我们还可以继续优化

➡️思路二：

直接各自走到两个链表的最后一个结点位置，判断那个结点地址是否相同：若相同则相交，否则不相交
若相交，则找交点：
- 1️⃣求出两个链表各自的长度，求出长度的差距gap
- 2️⃣让相对较长的链表先遍历gap步
- 3️⃣然后两个链表同时往后遍历，直到第一个地址相同的结点，就是交点

✊动图示例：

第一步：判断是否相交

第二步：若相交，则判断交点

🔥特殊情况：

要注意判断两个链表是否为NULL链表，只要有一个是空链表，就不满足相交，就可以直接返回NULL

👉实现：

struct ListNode* getIntersectionNode(struct ListNode* headA, struct ListNode *headB)
{
    if (headA == NULL || headB == NULL)
    {
        return NULL;
    }


    struct ListNode* curA = headA;
    struct ListNode* curB = headB;

    int lenA = 0;
    int lenB = 0;

    while (curA)
    {
        curA = curA->next;
        lenA++;
    }

    while (curB)
    {
        curB = curB->next;
        lenB++;
    }

    //1.判断是否相交
    if (curA != curB)
    {
        return NULL;
    }

    struct ListNode* longList = headA;
    struct ListNode* shortList = headB;

    if (lenB > lenA)
    {
        longList = headB;
        shortList = headA;
    }

    int gap = abs(lenB - lenA); //求绝对值

    //2.走差距步
    while (gap--)
    {
        longList = longList->next;
    }

    //3.同时走[此时剩下得一定是相交得]
    while(longList && shortList)
    {
        if(longList == shortList) 
        {
            return longList;
        }
        else 
        {
            longList = longList->next;
            shortList = shortList->next;
        }
    }
    return NULL;
}